Архив   Авторы  
Белковая молекула могла стать источником жизни на Земле. Эволюция всего живого будет продолжаться до тех пор, пока будет эволюционировать белковый мир

Пока есть пульс
Парадокс

Так же, как неорганический мир появился благодаря Большому взрыву, жизнь во Вселенной зародилась благодаря взрыву белковому


 

Вопрос о том, каким образом на Земле появилась жизнь, возник, наверное, одновременно с гомо сапиенс. С тех пор было предложено немало версий, но ни одна не может считаться доказанной. Недавно появилась еще одна: биологи Инна Поволоцкая и Федор Кондрашов из Центра геномной регуляции в Барселоне (кстати, оба — из подмосковного наукограда Пущино) выступили с гипотезой, что органическая жизнь во Вселенной возникла в результате белкового взрыва около четырех миллиардов лет назад от молекулы-предка. Мало того: эволюция белка не закончена, она продолжается до сих пор. Так что согласно предположению генетиков нам рано считать себя венцом природы. По масштабам Вселенной человечество еще совсем молодо-зелено.

Без начала и конца

Авторская модель происхождения жизни построена на аналогии с наиболее популярной у современных физиков теорией Большого взрыва. Известный американский астроном Эдвин Хаббл, в честь которого назван крупнейший орбитальный телескоп, в свое время обнаружил, что галактики с ускорением разбегаются друг от друга. Исходя из этой особенности, Хаббл предположил, что разбегание галактик должно было начаться из одной точки. Причиной процесса могло стать нечто экстраординарное, например грандиозный взрыв. Развивая теорию Хаббла, ученые предположили, что до этого Вселенная ускоренно сжималась, а фазы расширения и сжатия — это колебательный процесс, превращающий Вселенную в непрерывно пульсирующий организм. Правда, в последнее время ученые все чаще говорят, что теория Большого взрыва трещит по швам, не отвечая по существу на ключевые вопросы физики: скажем, что находится за пределами Вселенной, откуда взялись галактики и как можно математически описать явление сингулярности — «нулевой точки» пространства-времени, когда не было вообще ничего?

Однако биологов все это отнюдь не смутило. Расширение и сжатие — примерно то же самое происходит и с белками, решили Поволоцкая и Кондрашов и построили математическую модель этого процесса, в котором белки накапливают различия и «расходятся» от общего предка — исходного белка с закодированной в геноме функцией. Этот процесс идет уже около четырех миллиардов лет и еще какое-то время будет продолжаться. Авторы применили оригинальные методы анализа белковых последовательностей и сделали вывод, что тенденция к накоплению различий превалирует над тенденцией к обретению общих черт, к сближению. Следовательно, «белковая вселенная» продолжает расширяться. Но затем, вероятно, наступит фаза сжатия белков в исходное состояние, и так до бесконечности. По сути это означает, что миллиарды лет назад, возможно, человечество в каком-то виде уже существовало, затем исчезло, потом опять возникло, когда-то и от нас не останется и следа, но неминуемо начнется новый виток жизни. Такой вот пульс жизни.

Одновременно исследователи установили: что-то постоянно замедляет эволюцию белков. Это «что-то» назвали эпистазом — явлением, когда один ген подавляет действие другого. И белок развивается долгим обходным путем, иногда возвращаясь назад или отходя в другую, казалось бы, не предусмотренную эволюцией сторону. Эпистаз присутствует практически во всех эволюционных процессах. Двумя годами ранее доктор биологии Джозеф Торнтон из Орегонского университета провел интересный эксперимент. Получив из нескольких современных белков их древние версии, попытался прокрутить эволюцию как назад, так и вперед. В программе были заложены все возможные мутации, но это не помогло: в результате ученый получил мертвый, нежизнеспособный белок. Почему? Он не учел эпистаза. Теперь биологам известно, что эволюция белка движется по сложной, не вполне предсказуемой траектории. Оказалось, что тенденция уходить в сторону, мутировать прослеживается у тех белков, которые появились сравнительно недавно и не унаследовали основных черт от далеких предков — древних белков и архей — одноклеточных прокариот. А вот те, что сформировались многие тысячелетия назад, уже не меняются — они хорошо приспособились к существованию на Земле, а любое изменение — это риск гибели.

Авторы уверены: такое поведение молекул белка свидетельствует именно о том, что наши белковые предки имеют единого прародителя, в геноме которого была заложена наследственная информация обо всем живом.

Точка отсчета

Но кто или что было тем самым «живым первенцем» на нашей планете? Биологи твердо стоят на том, что возникновение жизни из неживой материи невозможно. По их мнению, легче представить превращение бактерии в человека, чем камня — в бактерию. Однако от химиков сегодня все чаще можно услышать, что грань между миром органическим и неорганическим очень зыбка. И гипотеза об общем белковом предке здесь приходится как нельзя более кстати. «Геохимики находят множество структур, схожих с биологическими, — рассуждает академик Николай Юшкин, директор Института геологии Уральского отделения РАН. — Скажем, глина. Она не так проста, как может показаться на первый взгляд. В зависимости от физических и геологических условий межслоевые пространства в кристаллической решетке глинистых минералов меняются более чем в 10 раз, от 9 до 120 ангстрем. Между слоями могут уместиться различные протоорганические молекулы — от углеводородов до аминокислот. А если мы начнем исследовать природные слоистые минералы, то обязательно найдем в них аминокислоты, пусть и в малых концентрациях».

Что это — зачатки биологической жизни? Не исключено. Тогда возникает вопрос: может, не случайно сюжет сотворения живых существ из глины присутствует в большинстве древних космогоний? Вероятно, наши далекие предки, создавая эти мифы, пользовались некими тайными знаниями действующих законов природы. По мнению академика Юшкина, неорганические структуры вполне могли стать стартовыми для биогенеза. Например, углеводороды, близкие по своему составу к белкам, или структурно родственные аминокислотам минералы. По мнению ученого, запуск в жизнь предбиологических систем, их оживление может обеспечиваться не постоянно действующими факторами, а периодическими явлениями, шоковыми воздействиями, экстремальными условиями. Это могли быть всплески радиационного фона, резкое колебание температуры, какие-то катаклизмы.

Родом из хаоса

У директора Института геохимии и аналитической химии им. Вернадского РАН академика Эрика Галимова своя версия происхождения жизни, радикально отличающаяся от версии белкового взрыва. Он считает, что жизнь могла развиваться лишь по одному пути — появлению порядка среди хаоса. Как два сцепленных между собой зубчатых колеса вращаются в разные стороны, так порядок и беспорядок во Вселенной движут и дополняют друг друга. Такая пара «колес» в живых организмах, по мнению Галимова, — это, с одной стороны, гидролиз аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), который идет с поглощением воды, а с другой — сборка полимерных молекул, которая идет с выделением молекул воды. Именно эта пара реакций, убежден ученый, становится тем замкнутым циклом, позволяющим обеспечить необходимые для зарождения органической жизни условия. Почему именно АТФ? Эта «волшебная» реакция, выполняющая ключевую роль во всех современных биосистемах, является не только энергетической основой, но и главным строительным материалом для РНК и ДНК, полагает Галимов.

В ходе эволюции упорядочения методом проб и ошибок природа нашла такое соответствие, как генетический код. Возникли сложные соединения, в основе эволюции которых лежат общие стационарные, линейные и повторяющиеся системы. Именно АТФ, по мнению академика, стала дизайнером всего живого. Эволюция органического мира была предопределена и втиснута в достаточно узкие рамки возможностей таблицы Менделеева. Эти законы не диктовал кто-то свыше — иначе получиться и не могло, уверен ученый. Именно поэтому высокоорганизованная жизнь на других планетах, если таковая имеется, молекулярно должна сильно напоминать нашу.

Итак, был ли общий белковый предок или жизнь образовалась в результате неких спонтанных химических реакций? Приблизимся ли мы когда-нибудь к ответам на эти сакраментальные вопросы? «Вселенная образовалась примерно 14 миллиардов лет назад, — рассуждает директор Центра «Биоинженерия» РАН академик Константин Скрябин. — Органика зародилась около четырех миллиардов лет назад. Человечеству всего 250 тысяч лет. Мы вообще очень юная биологическая система. Еще 50 лет назад манипуляции с геномом показались бы вмешательством в божественный промысел. Но десять лет назад был впервые расшифрован геном человека. Сегодня прочтены тысячи геномов, а через два года эта цифра вырастет в десятки раз. Через пять лет будут прочтены геномы всех растений, и получить всю наследственную информацию о человеке будет делом столь же простым и обыденным, как сдать анализ крови. Уже сегодня делаются попытки исправлять наследственные нарушения».

Не факт, что эти открытия позволят нам узнать, был ли у всего живого единый прародитель. Но может быть и наоборот — расшифровав все мутации белка, ученые наглядно увидят, с чего все начиналось. Понятно только одно — пока человечество не «сжалось» обратно до исходной точки, оно будет искать эту точку.

Сомнения

Виктор Тец, завкафедрой микробиологии, вирусологии и иммунологии Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. академика И. П. Павлова, профессор:

— Я не знаю, откуда все началось. Я не знаю, откуда взялось первое железо или медь. Но я верю, что был Большой взрыв. Где он произошел? Допустим, где-то в миллиардах световых лет от нас. Значит, там тоже есть медь, железо, значит, там тоже есть ДНК? Хотя, возможно, где-то имеется жизнь без ДНК. В то же время молекула ДНК, которая сохраняется в окружающей среде, — это органическая молекула, полимер, но назвать ее живой как-то язык не поворачивается. Так же и с белком. По психологическим, философским понятиям белок — это жизнь? Сомневаюсь.

Алексей Розанов, директор Палеонтологического института РАН, академик:

— Гипотеза о том, что жизнь отнюдь не зародилась на нашей планете и не является уникальным явлением, а имеет некое «общекосмическое» происхождение, сегодня приобретает все больше сторонников. Панспермия — процесс проникновения микроорганизмов на Землю с «живым» кометным веществом — выглядит не фантастикой, как еще 10—15 лет назад, а вполне правдоподобной научной истиной. Исследовав сотни метеоритов, я могу подтвердить: на них есть бактерии, микробы и даже грибы, аналогичные земным. А недавно сделано сенсационное открытие — лед со следами сложных органических соединений найден на одном из исследуемых крупных астероидов. Тем самым научный аргумент получила гипотеза о том, что ключевые блоки биологической жизни могут переноситься по просторам Вселенной не только кометами, состоящими из воды, но и астероидами. Однако, говоря о том, что жизнь привнесена из космоса, мы не отвечаем на другие, не менее сложные вопросы. Скажем, а откуда она взялась там, «на небе»? Пытаясь прояснить маршрут, по которому путешествовали наши органические предки, мы упираемся в тупик. Ведь у любого пути есть начало. Другой вопрос: каким образом из упавших на поверхность юной Земли микроорганизмов возникла жизнь во всем ее разнообразии? Насколько уникален этот сценарий? Однозначных ответов на эти вопросы пока нет. Гипотеза об общем белковом предке — один из возможных путей преодоления этих противоречий.

Добавить в:  Memori  |  BobrDobr  |  Mister Wong  |  MoeMesto  |  Del.Icio.Us  |  Google Bookmarks  |  News2.ru  |  NewsLand.ru

Политика и экономика

Что почем
Те, которые...

Общество и наука

Телеграф
Культурно выражаясь
Междометия
Спецпроект

Дело

Бизнес-климат
Загранштучки

Автомобили

Новости
Честно говоря

Искусство и культура

Спорт

Парадокс

Анекдоты читателей

Анекдоты читателей
Популярное в рубрике
Яндекс цитирования NOMOBILE.RU Семь Дней НТВ+ НТВ НТВ-Кино City-FM

Copyright © Журнал "Итоги"
Эл. почта: itogi@7days.ru

Редакция не имеет возможности вступать в переписку, а также рецензировать и возвращать не заказанные ею рукописи и иллюстрации. Редакция не несет ответственности за содержание рекламных материалов. При перепечатке материалов и использовании их в любой форме, в том числе и в электронных СМИ, а также в Интернете, ссылка на "Итоги" обязательна.

Согласно ФЗ от 29.12.2010 №436-ФЗ сайт ITOGI.RU относится к категории информационной продукции для детей, достигших возраста шестнадцати лет.

Партнер Рамблера