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 | Илья Ковров | 05:20:12 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Да вы не волнуйтесь. На вас в общем-то не давят, ни в чем таком особо и не обвиняют. Вы конечно же по-своему правы: религия часто рассказывала о том, что скорее чувствовала, чем четко понимала. Она скорее указывала направление, чем владела точной картой путешествия. И на каком-то этапе это было не так уж и плохо (а кое для кого и сегодня это хорошо). Но вне всякого сомнения лучше было бы если бы она сохранила за собой ведущую просветительную роль. Ведь многие великие мыслители прошлого - философы, математики, физики, химики, астрономы, верили в идею существования Бога. И Церковь покровительствовала им. И вера нисколько не мешала их научной деятельности. Напротив, придавала силы. Потому что, к примеру, как считал Декарт, Бог - существо во всем совершенное, а значит любой человек в него верующий должен стремиться к это совершенству, совершенствуя в равной степени душу, разум, тело. Религия на каком-то этапе ограничила себя, оступилась и поддалась влиянию нашего времени, почему-то решив, что знания каким-то образом разоблачают и вредят идее Высшего Разума - Творца, Создателя, Бога. Но, в конце концов, религия и Бог - это несколько разные вещи, существующие обособленно и сами по себе. Вы сомневаетесь в религии? Вы не хотите верить в старика на облаке? Ваше право. Вы стремитесь узнать новое, изобличить ложь и утвердить правду? И это правильно. Ведь, вне всякого сомнения, лучше самому читать Книгу Жизни, собственноручно написанную Создателем, чем слушать кривые перетолки многочисленных посредников между вами и им. При этом ваш путь нисколько не удаляет вас от Бога, а скорее наоборот, ведет вас прямо к нему. Ну и даже если в конце этого своего пути вы обнаружите, что Бога все-таки нет, то, согласитесь, сама концепция его существования дает вам достаточно ценные результаты. |
1 +3−2 | Yemelya Kolovrat | 05:20:02 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
> напротив, я спрашиваю у первоисточника - верующих, что им дает вера Я вам ответил, что вера имеет много аспектов и социальных и философских и психологических и пр.. И в каждом что-то дает. Но только и вы тоже верующий в свою веру. Эта вера вас устраивает? Замечательно. Не мешайте другим. |
1 +1−0 | Руслан Сверчков | 05:17:54 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Мне кажется вам надо все эти мысли высказать людям из нобелевского коммитета, я никак не могу их прокомментировать, мат аппарат ТО не проверял) Но спутники по нему летают, жпс работает, предсказания тоже делают и они исправно сбываются с удивительной точностью, взять хотя бы недавние гравитационные волны |
1 +2−1 | Yemelya Kolovrat | 05:15:05 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
> Вот когда эксперимент подтвердит альтернативную теорию, противоречащую нашей - тогда наша теория может считаться опровергнутой Вот когда вы экспериментом создадите из хаоса простейшую бактерию - вот тогда и не верьте в Создателя. А до той поры - марш молиться :D ( Ну все по вашей же логике ) |
1 +1−0 | Yemelya Kolovrat | 05:12:12 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
> все парадоксы там исключительно от непонимания теории Не надо ля-ля. Там парадоксы криво объяснены прикрученным весьма сомнительным и даже до конца не проверенным мат. аппаратом. Но самое смешное, что у эфирщиков получаются те же самые практические выкладки ( включая и разницу во времени ) НО без парадоксов - просто потому, что абсолютной относительности там нет ;) А результаты будут те же только объясняются логичнее. Более того даже возможно, что и время не меняется ( меняется лишь продолжительность жизни, например, барионной материи в общем поле и т.п. ) Я уже даже не говорю о таких по сути гениальных прорывах в теориях всех полей как у старательно замалчиваемого Ацюковского и т.п. Официальная наука и истина весьма могут отличаться. |
1 +2−1 | Yemelya Kolovrat | 05:02:06 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
> и глупо спорить) Нет как раз не глупо. Но только именно вы первоначально всех верующих в Бога и считаете почему-то глупее себя. Но то что вы не хотите верить, что вас создали, вовсе не отменяет этого факта ( если это так ). Но и никак и не ограничивает вас. Это вы себе какие-то глупости внушаете, что аргумент "вас создали" служит оправданием бездействия. Может это наоборот служит аргументом для поиска своих создателей во Вселенной. В любом случае не считайте себя умнее других - это гордыня и можете сильно обломаться или сами измениться ;) |
1 +1−0 | Олег Сон | 04:57:04 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
для "умных" коментов у них всегда 2ой байт ? |
1 +1−0 | Руслан Сверчков | 04:56:49 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Эфирщики живы здоровы и даже подают голос периодически) И парадоксальную ТО приняли тоже не сразу (бтв ТО не парадоксальна а математически непротиворечива, доказать её неправоту мысленным экспериментом невозможно, все парадоксы там исключительно от непонимания теории). Истину мы можем никогда не узнать поэтому разумно выбирать то что нам дает какой то профит, позволяет двигаться дальше. Я понимаю что вы пытаетесь доказать - что неудавшийся эксперимент = неверная теория, но это не так, эксперимент может неудасться по миллиарду разных причин. Недавно чуть было ТО не опровергли получив движение быстрее скорости света, а потом оказалось что просто эксперимент неправильный, вот и вся сенсация |
1 +2−1 | Yemelya Kolovrat | 04:44:42 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
> что и "всем известно" Что собственно Вам известно? Вам известна лишь более или менее официальная "научная" позиция на текущий момент. А фактов против уже "хоть попой ешь". Например, ( из уже из другой оперы ) недавно наткнулись на осознание нашего почти полного непонимания устройства Вселенной. Это непонимание оперативно замазывают не найденными "темными энергиями" и "темными материями". Но даже многие физики уже говорят, что это все чушь собачья, лишь чтобы прикрыть голую задницу почти полной растерянности ;) |
1 +1−0 | Олег Сон | 04:32:46 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
А что удивительного ведь сказано, что «В злохудожную душу не внидет премудрость и не обитает в теле, повинном греху»(Прем. 1:4). То есть, если человек живет во грехе, если это стало его природой, то никакое слово Божие в его душу не войдет. Если не будет особого воздействия Господа на такого человека - через страдания, через горе, когда вдруг всё меняется и вся система ценностей переворачивается. |
1 +2−1 | Yemelya Kolovrat | 04:32:29 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
> но они ведь и вправду еврейские) Еврей их "заимствовали" из Древнего Египта. А остальные народы по разному, но тоже имели ровно те же "сказки" или весьма похожие истории. А некоторые, что тоже странно, наряду с этими сказками обладали не по векам весьма точными познаниями в устройстве вселенной и т.п. Я лично вам уже ответил. Что лично по моему глупо отрицать некоторые вполне логичные выводы и, более того, упорно их не замечать. А что дает религия ( как свод, например, филосовских учений, в психологическом или социальном аспекте ) это уже другой разговор и к данному чисто научному не относящийся. |
1 +1−0 | Yemelya Kolovrat | 04:23:46 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
> эксперименты не провалились Еще как провалились и с большим треском! Да так, что даже некоторые из их проводивших стали сами "робко трендеть" о вероятной третьей силе :) Вы же видимо под понятием верующих подразумеваете лишь образ некой необразованной деревенской бабки, стучащейся лбом в пол. Но это ваши проблемы, а не верующих. |
1 +1−0 | Руслан Сверчков | 04:04:57 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Это вы прикрываетесь нежеланием загуглить элементарные вещи, хотя я думаю что вы уже всё загуглили и более того - сдались, раньше вы говорили что таких алгоритмов нет, теперь - что их создал человек) хотя они просто подсмотрены у природы, не более того |
1 +1−0 | Руслан Сверчков | 04:03:45 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Наличие третьей силы не дает строить предсказания, это объяснение для тех кто ищет легкие пути, совершенно пустое и бесполезное. По моему это вы не понимаете что я вам говорю, у алгоритма есть какое то начальное состояние в котором его создал человек (но он мог с тем же успехом случайно возникнуть в этом состоянии, просто так вышло что в этот раз человек причастен). У жизни точно так же было какое то начальное состояние, для того чтобы в него попасть не нужна никакая третья сила, просто встретились две молекулы, что в этом такого сложного что вы не можете это осмыслить? |
1 +3−2 | Yemelya Kolovrat | 04:03:45 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Я вам уже написал выше, что у вас все сводится к принципиальному вашему личному богоборчеству. Но "третью силу" можно рассматривать просто как данность. Если вам претит божественность, можно назвать это высшим ( относительно вас ) разумом. И это как раз и позволяет объяснить многие вещи более логично, нежели наитупейшей теорией "пыльного мешка". Хоть миллион лет транзисторы тряси в пыльном мешке, но случайно в нем компьютер да еще и с осмысленной программой не возникнет. Так почему же в "пыльном мешке" возникла программа жизни? ;) Пока, богоборец! ;) |
1 +2−1 | Yemelya Kolovrat | 03:57:25 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Вы видимо не осознаете, что я вам говорю. Не прикрывайтесь Гуглом и алгоритмами. Еще раз вам простую истину. ВСЕ ЭТИ АЛГОРИТМЫ СОЗДАНЫ внешней по отношению к рассматриваемой системе ( человеком ). Никакой другой самовозникший алгоритм пока вопроизвести не удалось. Опыты с самозарождением жизни с треском провалились. Объяснение третьей силы в нашем с Вами разговоре не что-то дает, а просто тупо все логично и объясняет. А ваше личное т.н. богоборчество мне здесь не интересно. |
1 +1−0 | Yemelya Kolovrat | 03:41:34 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Что я отрицаю? Я вас спросил про пример алгоритма, который создал с нуля сам себя - вы не ответили. Вместо этого вы рассказываете мне про некие бесплодные на текущий момент попытки имитировать работу кучки нейронов. Вы в состоянии хотя бы это информацию систематизировать? Еще раз вам. Даже на этом дурацком ( потому как не к месту ) примере и то видно, что НУЖНА НЕКАЯ ТРЕТЬЯ РАЗУМНАЯ и осознанная СИЛА. В данном случае уже человек разумный. |
1 +1−0 | M S | 03:22:11 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
Аболютно понимая - ничего пример, кстати! Но эта модель скорее вторая: человечество формирует бога, а не бог создал человечество, ибо без всех этих клеток меня - не существует. Где тут "всемогущество"? В любом случае я - "всемогущий, вечный, всеведающий"(С) - клал с пробором и на эту клетку, и даже на часть органа, который она и ее "сожители" образуют!... н-ну.. смотря какой орган, конечно...)) ... И уж никак я не буду ее пестовать, выводить "в люди", спасать от других клеток и проблем... из куста горящего с ней говорить... |
1 +2−1 | Руслан Сверчков | 03:11:25 19/04/2016 | ||||||
| ||||||||
юноша, до конца никто не понимает, в общих чертах вы должны понимать что это просто алгоритм основы которого описаны уже 70 лет как, и ваши религиозные страхи это просто результат того в каких условиях он обучался. Почитаете на хабре про несуществующие в природе алгоритмы - пишите, обсудим) |
1 +1−0 | M S | 03:03:29 19/04/2016 |
Меня всегда напрягала теория вечности, всемогущества и всеведения бога - и одновременно его "приверженность" к человечеству(!)... Либо "бог" действительно всемогущ, вечен и всеведущ - тогда и люди, и вообще наша часть вселенной для него не существуют: слишком несоизмеримы масштабы. Либо он - производное человеческого "коллективного разума", некая субматериальная субстанция - тогда это нечто вроде районного "менеджера по продажам" в больший торговой сети, зависящего от своих "подчиненных"... |