Уже много десятилетий биологи, химики и даже математики работают над проблемой зарождения жизни. И хотя уже существуют научно обоснованные и подкрепленные гипотезы химической эволюции до появления первой клетки, работы в этом направлении продолжаются. «Лента.ру» рассказывает о новом исследовании, посвященном проблеме РНК-мира, результаты которого опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ученые из Портлендского государственного университета, проводя эксперименты над рибозимами, выяснили, что способность этих молекул катализировать собственную сборку зависит от их взаимодействия с другими подобными молекулами. Исследование косвенно подкрепляет гипотезу РНК-мира, которая гласит, что первой органической молекулой, ставшей основой для первых клеток, была РНК. Эти молекулы РНК были способны самосинтезироваться, конкурировать друг с другом и участвовать в пребиотической эволюции, когда наиболее успешные соединения становились базой для более сложных химических комплексов.
Многим известно, что в живых клетках имеются свои специальные катализаторы: ферменты, представляющие собой сложно свернутые белковые молекулы, осуществляющие жизненно важные реакции. Однако ферментами могут быть не только белки, но и цепочки РНК. Напомним, РНК — это нуклеиновая кислота, очень похожая на ДНК, но отличается от нее тем, что в ее состав входит сахар рибоза (а не дезоксирибоза), а одно из азотистых оснований — тимин — заменен на урацил. По мнению ученых, РНК появилась раньше ДНК, поскольку она гораздо стабильнее и может осуществлять каталитические реакции без помощи белков. Молекулы РНК, являющиеся ферментами, называются рибозимами. Как правило, рибозимы катализируют расщепление самих себя или других молекул РНК.
Одним из самых хорошо изученных рибозимов является Azo — фермент, который изготавливается учеными из самовырезающихся интронов группы I, содержащихся в ДНК бактерии Azoarcus. Интроны — это участки генов, которые не содержат информации о последовательности белка или нуклеиновой кислоты, и вырезаются во время созревания информационной РНК (иРНК). Все интроны группы I катализируют свое собственное вырезание из последовательности РНК. Интересующий ученых интрон-рибозим Azo находится в гене, который кодирует транспортную РНК (тРНК), несущую аминокислоту изолейцин. Внутри клетки Azo, как и другие рибозимы, осуществляет свое собственное вырезание из тРНК, однако в лабораторных условиях он смог научиться осуществлять обратный сплайсинг: рибозим разрезает в определенном месте субстрат — короткую молекулу РНК с определенной последовательностью нуклеотидов, кусочки которого остаются прикрепленными к Azo.
Azo состоит примерно из 200 нуклеотидов и может распадаться на два, три или четыре фрагмента, которые спонтанно собираются вместе при температуре 42 градуса Цельсия в присутствии раствора MgCl2. Процесс самосборки начинается со взаимодействия между двумя тройками нуклеотидов (триплетами), принадлежащими разным фрагментам РНК. Когда между триплетами образуются водородные связи по принципу комплементарности, части рибозима меняют свою пространственную структуру и воссоединяются друг с другом. Ученые сфокусировались на реакции самосборки двух фрагментов, которые условно назвали WXY и Z, где W, X, Y и Z представляют собой отдельный участки рибозима длиной примерно в 50 нуклеотидов (Рис.1). На участке W, на переднем конце молекулы РНК, располагается один из триплетов, который участвует в инициации самосборки и называется «внутренней гидирующей последовательностью» (internal guide sequence — IGS). На конце WXY находится триплет tag, который, взаимодействуя с IGS, образует прочную ковалентную связь с фрагментом Z.
Исследователи создали различные варианты (генотипы) фрагментов WXY, меняя нуклеотиды, находящиеся в серединке триплетов IGS и tag (нуклеотиды M и N соответственно). Так как молекулы РНК обычно образованы всего четырьмя типами нуклеотидов, таких вариантов оказалось 16. Например, одним из генотипов может быть 5'-GGG-WXY-CAU-3', а другим 5'-GСG-WXY-CUU-3'. Все эти варианты молекул могут конкурировать друг с другом, формируя различные метаболические сети, в которых общий ресурс — молекула Z — требуется для восстановления целого рибозима.
В своих экспериментах ученые сначала проверили способность каждого генотипа к самосборке в отдельности. Когда M и N формируют пары Уотсона-Крика (то есть по принципу комплементарности, А — U, C — G), скорость самосборки рибозима становится выше, чем для других типов пар. Затем исследователи смоделировали условия теплого «маленького пруда», в котором различные пребиотические молекулы, взаимодействуя между собой, приобретают выгоды друг от друга и ускоряют процессы самоорганизации. Биохимики проследили за поведением генотипов в паре друг с другом, всего ученые изучили 120 пар, состоящих из двух непохожих вариантов WXY. Они измерили скорость каждой реакции, проходившей между молекулами двух генотипов WXY и фрагментами Z внутри отдельных пробирок в течение 30 минут.
Совместив результаты обоих этапов эксперимента и получив скорости самосборки при взаимодействии двух различных генотипов, исследователи поставили эволюционный эксперимент. Пары генотипов были смешаны в одинаковой пропорции, снабжены Z-фрагментами и реагировали друг с другом в течение пяти минут. В течение этого времени ученые отбирали 10 процентов раствора в новую пробирку, в которой присутствовало большее количество непрореагировавших WXY каждого генотипа и Z-фрагменты. Ученые отслеживали соотношения каждого WXYZ-генотипа в течение восьми таких переносов. Это позволило оценить химический эквивалент эволюционной успешности рибозимов в течение поколений, которая наблюдалась как «взрыв» — то есть сильное увеличение скорости самосборки РНК. В эволюционном эксперименте биологи изучали взаимодействие семи пар рибозимов.
На основе всех лабораторных экспериментов ученые вывели математическую модель дифференциальных уравнений, учитывающих скорость самосборки генотипов в присутствие других генотипов или без них. Эта модель стала основой для новой эволюционной теории игр, где определяются несколько поведений молекул РНК. В одном случае, называемом «Доминирование», один из генотипов всегда встречается чаще, чем другой, при том что его скорость самосборки всегда превышает скорость конкурента. В другом случае — «Кооперация» — оба генотипа, что взаимодействуют друг с другом, получают от «сотрудничества» выгоду, и скорость их самосборки превышает ту, что была бы у них в отдельности друг от друга. «Эгоистичный сценарий» — прямая противоположность «Кооперации» — означает, что каждый рибозим в отдельности получает больше, чем при взаимодействии с кем-то еще. И, наконец, в «Контрдоминировании» генотип с низкой скоростью самосборки неожиданно начинает встречаться чаще, чем его конкурент.
Это исследование не направлено на прямое доказательство гипотезы РНК-мира, однако оно представляет собой еще один элемент в мозаике научных представлений о пребиотической эволюции. Впервые показано, что энзиматические свойства отдельных молекул могут улучшаться в присутствии других молекул, которые отличаются всего лишь одним-двумя нуклеотидами. В гигантском растворе, которым были земные океаны на заре существования жизни, эти молекулы конкурировали друг с другом за субстраты, сотрудничали и усиливали свое действие. На основе этого уже можно предполагать, почему сложные органические соединения стремились объединяться в системы, представляющие собой прообразы первых клеток.
Александр Еникеев
Комментирование разрешено только первые 24 часа.
1 +1−0 | Борис Лэнглинович | 15:54:08 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Подтверждаю, не верят, знают |
1 +1−0 | Руслан Сверчков | 15:53:21 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
вы не поверите но у профессионалов спросили и за теорию высказалось в 10 раз больше людей чем против, вся инфа в английской вики есть если захотите просветиться. Да даже те кто против на самом деле саму теорию не отрицают а просто предлагают строже её проверять |
1 +1−0 | Simeon E | 15:50:14 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Из того, что нечто может меняться, не следует, что это нечто произошло эволюционным путём. |
1 +1−0 | Руслан Людмилин | 15:11:39 19/04/2016 |
До чего же лента опустилась! Ну что это за заголовок?! |
1 +1−0 | Кондуктор Кондукторович | 14:20:53 19/04/2016 |
кто нибудь что нибудь понял? |
1 +2−1 | Егор Лысенко | 13:57:40 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Вы прочитайте эту книгу для начала, там есть масса зафиксированных!!! научными методиками с помощью специальных аппаратов и приборов (томографа, например) различных экспериментов с сознанием человека... Поскольку ваши слова - демагогия - основанная ни на чем... Доказательств существования нематериальной "души" - нет, доказательств формирования сознания, как результата мозговой деятельности - уже весьма предостаточно. Прочитайте также книгу "Пластичность мозга" Нормана Дойджа - там есть уникальные примеры прогресса науки о мозге на массе примеров... О том как современная наука может помочь людям видеть с помощью нервных окончаний ЯЗЫКА !!! даже рожденным слепыми. "Человек видит не глазами - человек видит мозгом" (слова замечательного ученого из книги, который сам моделирует и создает приборы, помогающие многим больным людям без слуха и зрения... да там масса историй различных, как ученые изучающие мозг помогают людям... А вы людей, которые делают все, чтобы помочь другим людям - дураками называете. Мне грустно от этого всего. Если человеку повредить определенные участки коры ГМ - он станет совсем другим (его сознание и "душа" изменятся кардинально, чего не может быть при наличии нематериальной "души", которую повредить невозможно)... И напоследок почитайте "Об интеллекте" Джеффа Хокинса... Если вы прочитаете хоть одну из этих книг - вы явно перестанете говорить ту ерунду, которую написали выше. Рекомендую о пластичности мозга - там просто масса различных интересных примеров |
1 +1−0 | Mr Semiramid | 13:51:19 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
А как же опыт или, по вашему, человек ничему не учится? ? Если, все ранние "божественные проявления" нашли вполне научные объяснения, то зачем, забыв опыт познания, надо приписывать ПОКА необъясненному или слабообъясненному "божественное проявление" ? ? Это как наступать снова и снова на грабли ? |
1 +1−0 | Mr Semiramid | 13:46:25 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
лампадной ....? |
1 +1−0 | Сергей Макаров | 13:39:31 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Кто создал твоего "создателя", о несчастный? ) |
1 +1−0 | Mr Semiramid | 13:39:04 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Зачем его вообще куда-то засовывать? ? Развитие науки нас учит, что места для "гипотезы бога" не останется, его сейчас уже практически нет, но всегда найдутся фантазеры, которые сделают бога в любой дырке затычкой. |
1 +1−0 | Илья Ковров | 13:01:19 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Правильно. Не ходите в храм. Идите в университет. Там вам все объяснят через кассу. Суть дела в том, что все информация, как любые ресурсы в принципе, бесплатна и общедоступна. Но почему-то мало охотников находится ее искать и добывать самостоятельно, больше желающих получить ее уже в готовом, пережеванном и доступном для усвоения виде. И за этот самый товарный вид порой приходится платить. |
1 +3−2 | Тоня Копна | 12:46:45 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Илья! Какой вы умный! Хорошо сказал! |
1 +1−0 | Сергей Самойлов | 12:42:27 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
И насчет позитивности. У тех же греков, Зевс - это личность далекая от позитива. Греки с богами не церемонились. Типа сверхъестественные и могущественные - да, но при этом гавнюки еще те. Собственно, можно вспомнить Прометея и разного рода терки на Олимпе. Ну, про прелюбодеяние можно не вспоминать. Посмотрим на Геракла. |
1 +1−0 | Тоня Копна | 12:32:21 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Прелесть! Мне нравится ход ваших мыслей!!!! |
1 +1−0 | Илья Ковров | 12:13:55 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
А откуда вы знаете, что другие в вопросах устройства души и ее бессмертия владеют большей чем вы сами информацией? Откуда вы знаете, что они не заблуждаются, волей или неволей вводя в заблуждение своих читателей? Дураки размножаются идеями. Впрочем, как и умные. Только идеи одних пусты, а других осмысленны. И доказать состоятельность каждой способен лишь высший судья - практика. К примеру, живя в далеком XVI веке один просвещенный человек сказал (и не просто сказал, а публично растиражировал в печатном виде собою сказанное), что в октябре месяце 1727 года будет заключен мирный договор между Византией и Персией, и вкратце описал последствия этого договора. И знаете что? 4 октября 1727 года таки известно заключением Хамаданского мирного договора, и последующим притеснением турками этнических армян. Что о случаях подобного рода осведомленности души (разума) знают (говорят) ваши научные светила? |
1 +2−1 | Mr Semiramid | 12:13:48 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Теорию Дарвина, действительно, опровергать нет смысла - это реальный, действующий научный инструмент, который приносит реальные результаты и, правильность которого, находит все большие подтверждения. ? |
1 +1−0 | Mr Semiramid | 12:10:21 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Все проще, традиционно выделялись три типа мировоззрения. 1. Мифологическое - оперирует образами и символами, опираясь на изменяющуюся традицию. 2. Религиозное - опирается на догматические тексты. 3. Научное, оно же философское - опирается на научный метод. Некоторые люди, обладая религиозным типом мировоззрения, просто не способны воспринимать достижения науки, им проще уповать на некое существо, которое все создало, чем думать пр РНК и ДНК ? |
1 +1−0 | Павел Залётный | 12:09:51 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
о , да ! вы действительно бездушное животное --соответствуете вашей мат теории )))))) |
1 +3−2 | Pavel Popov | 12:09:40 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
только вот апологеты церкви с развитием науки вынуждены крутиться как ужи на сковородке, вписывая развитие и признание научных моделей в свой заскорузлый примитив креационизма... |
1 +2−1 | Pavel Popov | 12:03:21 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
не деточка я вам... и доказывать отсутствие бога мне в рог не упёрлось, тем более вам - один из основных философских принципов в том, что надо доказывать не отсутствие, а наличие |