09 сентября, 16:56

Мы 90 лет ошибались насчет происхождения жизни на Земле

Почти 90 лет мы думали, что жизнь на нашей планете зародилась в «первичном бульоне», который существовал на Земле в мелких водоемах приблизительно 4 миллиарда лет назад. Ингредиентами этого «бульона» были аминокислоты, полипептиды, азотистые основания и нуклеотиды. Образовался он под воздействием электрических разрядов, космического излучения и высокой температуры.

Между тем недавнее исследование, опубликованное журналом Nature Microbiology, говорит в пользу альтернативной версии возникновения жизни. По мнению автора статьи, она зародилась на дне океана. В публикации говорится, что последний общий предок всех живых клеток питался водородом и жил в жаркой, богатой железом окружающей среде, очень напоминающей гидротермальные источники. Многие отнеслись скептически к этой теории, однако именно она объясняет, как живые клетки научились получать энергию.

Принято было считать, что жизнь зародилась, когда ультрафиолетовое излучение или частые грозовые электрические разряды заставили простые молекулы создать более сложные соединения. В результате появились молекулы, которые хранили информацию, подобно нашей ДНК. Они располагались внутри защитных пузырьков примитивных клеток. Было подтверждено, что молекулы действительно могут возникнуть в таких условиях. Считалось, что «бульон» — наиболее вероятная среда для образования первых живых клеток.

Только вот все живые существа должны размножаться, а воспроизведение ДНК, образование новых белков и строительных клеток с нуля требует огромного количества энергии. Исследования все чаще показывают, что «первичный бульон» не мог ее предоставить.

Известно, что все живое на Земле питается солнечной энергией, но мало кто знает, как именно применяется эта энергия. Процесс напоминает работу гидроэлектростанции. Клетки не используют энергию для метаболических реакций напрямую. Она поступает из пищи и помогает перекачивать протоны — положительно заряженные атомы водорода — в резервуар позади биологической мембраны. Так создается «градиент концентрации» — на одной стороне мембраны собирается больше протонов, чем на другой. После этого поток протонов идет обратно через молекулярные турбины мембраны, подобно воде, которая течет через плотину. В результате образуются макроэргические соединения, они и обеспечивают питание клетки.

Живые организмы в теории могли бы использовать любой источник энергии, коих на Земле бесчисленное множество. Однако они функционируют за счет движения разницы концентраций протонов между клеточными мембранами. Это позволяет предположить, что самые первые живые клетки собирали энергию подобным образом и что жизнь на Земле возникла в среде, где протонные градиенты были наиболее доступным источником энергии.

Гипотеза о гидротермальных источниках

Гидротермальные источники — это пористые геологические структуры, возникшие в результате химических реакций между водой и твердой породой. Щелочь вытекает из земной коры к жерлу источника, направляется к более кислой океанской воде, что создает естественную разницу концентраций протонов. Эта разница очень похожа на ту, что питает живые клетки.

Исследования показывают, что на самых ранних этапах эволюции химические реакции в примитивных клетках были, возможно, обусловлены такими небиологическими протонными градиентами. Позже клетки научились производить свои собственные градиенты и устремились к жерлам источников, что позволило колонизировать остальную часть океана, а затем и всю планету.

Хотя сторонники теории «первичного бульона» говорят, что первые химические реакции в живых клетках были запущены электростатическими разрядами или ультрафиолетовым излучением, современные формы жизни не используют такие источники энергии. В основе производства живыми клетками энергии лежат ионные градиенты, которые проходят через биологические мембраны. Ничего подобного не могло возникнуть в теплых водоемах «бульона» — там химические соединения и заряженные частицы равномерно распределяются, а не формируют градиенты, которые так важны для живых клеток. Глубоководные гидротермальные источники — единственная известная нам среда, где могли бы возникнуть сложные органические молекулы с таким же энергетическим устройством, как у современных клеток.

Оригинал текста: theconversation.com
Подписывайтесь на нас в Telegram: https://telegram.me/reporteropen