За възникването на живота

[lila_va]

Ще ми се да започна с брилянтния хумор на гения Лем и една от неговите хипотези за възникването на живота на Земята:

С настоящото се забраняват категорично всякакви действия за пораждане на живот на всички планети тип А, Б, В, Г и Д по Враграс, като същевременно се налага на ръководителите на изследователските експедиции и на командирите на корабите, които кацат на тези планети, да спазват най-строго гореспоменатата забрана. Тя се отнася не само до съзнателните действия за пораждане на живот (посяване на водорасли, бактерии и тям подобни), но и до несъзнателното задействуване на биоеволюцията поради небрежност или разсеяност. Контрацептивната профилактика е продиктувана от най-добрите намерения на ООП, която си дава сметка за следните факти: първо, неблагоприятната естествена среда, в която се внасят зародиши на живот отвън, ще доведе в процеса на по-нататъшната еволюция до такива увреждания и дефекти, каквито никога не се срещат в процеса на естествената биогенеза; второ, при споменатите условия възникват видове, уродливи не само физически, но и обременени с най-тежки форми на духовно израждане, а ако все пак в подобни условия, както понякога се случва, се появяват що-годе разумни същества, съдбата им не е за завиждане. Достигайки първата степен на съзнание, me започват да търсят около себе си причините за възникването си, а като не ги открият там, объркани и отчаяни, се обръщат към безпътиците на поверията. Нещо повече, понеже при тях липсват нормално протичащите еволюционни процеси в Космоса, те смятат своя физически облик, колкото уродлив да е той, както и своя нисш начин на мислене за типични и нормални явления, очаквайки разумът да се проявява в цялата Вселена именно по същия начин.

Няма да задълбаваме панспермията, де, по простата причина, че в тази тема няма да изясняваме начините, по които животът се е появил (наготово) на Земята, а начинът (или начините), по който е възникнал въобще. А въпросът дали е възникнал тук на Земята или е привнесен от космоса, сякаш Земята е отделна от космоса, затворена система, ми звучи излишен.

Много учени в целия свят по експериментален начин са доказвали и доказват как и при какви условия е възможно да протичат някои процеси в еволюцията на материята от неорганична към органична, от нежива към жива. Една от най-обоснованите теории е на акад. Опарин, доразвита и осъвременена впоследствие от редица други учени.

Първият проблем е поставянето на граница между жива и нежива материя. Трудно е да се постави такава между елементарните механизми на метаболизъм и размножаване на вирусите и сложните химични взаимодействия между огромните макромолекули, които по редица причини трябва да се приемат за неживи. Границите са условни, приема се, че внасят удобство и ред. Лично аз не ги обичам. Ама ще се обоснова защо. Очевидно пречат на мнозина да си представят химията на плавния преход от едно вещество към друго, от органична материя към неорганична и т.н., а очакват някакво рязко разграничаване и посочване на конкретен своеобразен край на неживото и начало на живото - ясно и категорично. Е, нема такъв филм. Същото е мнението ми и за разграничаването на видовете, откъдето произтичат пък всички недоразумения с "липсващи звена" и прочее. Ама това е то биологията - колекциониране на марки

Първо и най-важно условие при разглеждането на изброените по-долу варианти и експерименти е да се разбере, че при съответните условия, възпроизведени в експериментите, произтичащите процеси и реакции са спонтанни и неизбежно следствие! Неорганичният синтез на органични съединения, или биопоеза (биогенеза), както Бернал нарича процеса, по нищо не се различава от останалите неорганични процеси, включително и от тези, които се осъществяват днес. Но тъй като условията на първичната атмосфера са се различавали коренно от условията на съвременната въздушна обвивка на земята, то и продуктите на тези процеси също са се различавали.Самите процеси обаче, довели до образуването на абиогенни органични съединения, с нищо не се различават например от процесите на образуване на облаците или на кристализирането на солите по дъното на пресъхваща лагуна.

Та по-интересно е да се знае кои са факторите, които са управлявали процесите, довели до синтеза и натрупването на органични вещества с абиогенен произход. Какъв е бил добивът от тези процеси. При какви условия са се концентрирали, съхранявали и усложнявали тези вещества. При какви условия се е осъществил преходът от предживата към живата материя.

Опит на Мюлер. Осъществил е опита си още като студент. Използвал е сравнително просто устроен апарат - система от колби, в която чрез два електрода, запоени в стената й един срещу друг, се създава изкуствена мълния (електрическа искра). Едната колба се напълва с вода, а другата - със смес от газове (водород, метан, амоняк и др.). Системата е херметична. Общо казано, в долната част на апарата кипи вода, а в горната периодично се предизвиквали електрични изпразвания. През определени интервали от време се анализира качествения състав на разтвора и количествени измервания. Опитът продължил 175 часа. В първите 25 часа се образували предимно циановодород и алдехиди. След това тяхната концентрация престанала да нараства, а започнали да се образуват аминокиселини. След 125-тия час концентрацията на аминокиселините престанала да се увеличава, а количеството на амоняка, циановодорода и алдехидите продължило да намалява. Мюлер допуснал, че в този период е настъпило равновесие или участвие в други процеси. По-късно била установена полимеризация на аминокиселините, която не е била отчетена от Мюлер. Опитите на Мюлер са повтаряни многократно от различни учени в различни държави по света.

Опити на Уилсън и Понамперума. При добавяне на сяра в разтвора, използван от Мюлер, Уилсън получава дълги молекули от синтезирания полимер. Установени били също така ципи по повърхността на разтвора с площ около 1 см2, по всяка вероятност ПАВ. Понамперума и неговите сътрудници повтарят опитите на Мюлер, но използват като източник на енергия УВ-лъчи. Получават аминокиселини и пурини, тоест градивните елементи на белтъците и нуклеиновите киселини. При подбор на определени условия те получават дори полимери от тях.

Опити на Оро и Фокс. Те доказват, че за образуването на големи органични молекули от по-малки, наличието на на УВ-светлина не е задължително условие. При обикновено нагряване на средата се получават сходни резултати. В условията на първична атмосфера малките органични молекули се синтезирали за сметка на УВ-лъчите на Слънцето или на електричните бури. Но за следващите етапи на еволюцията на материята и за ранния живот тези условия са противопоказни. Като се има предвид това, следва, че при прехода от нежива към жива материя са били използвани други източници на енергия. При едни от опитите си Оро поставя водни смеси от прости органични молекули за няколко дни при различна температура - от 20 до 150 градуса С. В разтворите на формалдехид с хидроксиламин и на формалдехид с хидразин, а също и в разтворите, съдържащи циановодород, в края на опита се синтезират аминокиселини. При други опити с използването на същите температури аминокиселините полимеризират.

Фкс обръща по-специално внимание на факта, че при свързването на две аминокиселини с пептидна връзка, се отделя вода. И тъй като процесите на полимеризация са съпроводени с дехидратиране, то очевидно скоростта на тези реакции ще зависи от количеството отделяна вода в сситемата, от обезводняването й. Подобни съображения дават основание на Фокс да предположи, че ранното развитие на живота е ставало близо до вулканите. Показва това в следния опит. Безводна смес от аминокиселини се загрява до 170 градуса С. Свързват се в полипептидни вериги. Разбира се, активността на така синтезираните белтъчни молекули е ниска, но в ранните етапи на възникване на живата материя е било напълно достатъчно първите белтъчни молекули да проявят някаква, била и слаба, каталитична активност. Друго много съществено свойство на белтъкоподобните съединения е това, че последователността на аминокиселините в техните полипептидни вериги няма случаен характер, закономерна е!!!

Трети, не по-малко съществен резултат е образуването на сферични образувания, изградени от термични протеноиди, получени чрез промиване на горещата смес от полимери с водни солеви разтвори. Получените гранули, пренесени в друг разтвор, различен по концентрация от изходния, реагират по специфичен начин - реагират на промяната на осмотичното налягане, както реагират живите клетки. Това е категорично доказателство, че имат полупропускливи мембрани.

Други много важни опити на Фокс и сътрудниците му доказват, че подредеността на аминокиселините в полипептидната верига може да определя реда на нуклеотидите в полинуклеотидната верига. При добавяне на смес от нуклеотиди към полиглицинов полипептид се образуват къси участъци от полигуанин. Известно е, че един от кодоните, който определя мястото на глицина в полипептидната верига, е ГГГ.

To be continued...

Източници:

Попов, Петър, Теория на еволюцията, 1999

Benton & Harper, Introduction to Paleobiology and the Fossil Record, 2009

И разбира се "Звездни дневници", Станислав Лем

[lila_va]

Поредна порция Лем

Както е известно, еволюцията е или масово изяждане на по-слабите от по-силните, тоест зооцид, или заговор на по-слабите срещу по-силните, тоест паразитно съществуване. В морално отношение чиста съвест имат само зелените растения, тъй като те живеят за собствена сметка, теглейки дивиденти от слънчевата банка. Затова предвидих хлорофилизация на всичко живо, като обърнах специално внимание на облистения човек. Понеже по този начин му изпразвах корема, поставих там увеличената нервна система, естествено без да правя всички тези неща директно, защото разполагах само с един електрон. Просто реших, след като се консултирах с професора, да въведа като основен закон на еволюцията, която щеше да протече в Новия Незадължен Космос, правилото за почтено поведение на всяко живо същество спрямо останалите. Обмислих също несравнимо по-естетично самото тяло, оформих по-деликатна сексуалност и направих много други подобрения, които едва ли има нужда да изреждам, защото кръв капе от сърцето ми само като си припомня тези грандиозни намерения. Важното е, че в края на септември нашето Оръдие за Сътворението на Света беше готово, както и неговият електронен снаряд. Оставаше само да се направят някои особено сложни изчисления, с които се заеха професорът и неговите асистенти, тъй като насочването на снаряда към целта във времето (а по-скоро мъничко извън него) беше изключително прецизна операция.

Из "осемнадесето пътешествие"

Сега нататък по темата:

Опити на Калвин. Калвин не споделя мнението на Фокс, че дехидратацията задължително трябва да става в безводна система. Той установява експериментално, че полимеризация на аминокиселини, съпроводена с дехидратация, се осъществява и във водна среда. Доказва също, че циановодородът може да свързва водните молекули на "първичния бульон", а наличието на циановодород е показано по експериментален начин от Мюлер.

Впоследствие Калвин установява, че подобно дехитратиращо свойство, но в много по-голяма степен, имат и други цианови съединения - цианамид и дицианамид. С тяхна помощ молекулите се полимеризират при нормална температура и в силно разреден "бульон". По такъв начин той доказва, че в условията на абиогенен синтез заедно с други продукти съществуват и молекули, които играят ролята на първични катализатори. Активността им е била ниска, но достатъчна, за да даде насоченост на протичащите химични процеси.

Това са само малка част от провежданите опити за абиогенен синтез на органични молекули. Резултатите са показателни за това, че в условията, които моделират първичната атмосфера, органични молекули могат да се получат по абиогенен път по най-различни начини, при най-разнообразни условия на средата и за сметка на различни източници на енергия. Задължителни са само две условия - безкислородна атмосфера и наличие на всички химични елементи, необходими за синтеза на органични молекули. Процесът вероятно е настъпвал с честота, с каквато днес например се образуват дъждовните капки.

Следваща крачка в еволюцията на материята е образуването на различни полимери от тези органични молекули. Ако образуването на органични молекули по абиогенен начин и тяхното полимеризиране в протеиноиди са началните етапи на биопоезата, то самата биопоеза по-нататък преминава през още много стадии.

Коацервация. Терминът е предложен от Бунденберг де Йног, за да означи групирането на органични молекули с абиогенен произход в малки частици, коацерватни капки, или както е по-точно да се наричат - коацерватни агрегати. Подобни частици могат да бъдат получени, когато мехурчета газ се пропуска през морска вода. Приема се, че запенването на водата в моретата и океаните вследствие на разбиването на вълните е играло важна роля при образуването на коацерватните агрегати. При такъв тип коацервация участват поляризирани молекули (с хидрофилна група в единия край и с хидрофобна в другия). Те имат определена повърхностна активност и се стремят да образуват мембрани на повърхността на водата с дебелина 1 молекула, като се ориентират с хидрофилните краища към водата, а с хидрофобните - към въздуха. Когато под удара на вълните се откъсне малка капка с такава молекулна мембрана, молекулите й отново се подреждат с хидрофилните краища към водната капчица, като по този начин я обграждат радиално. Така се образува коацерватен агрегат. Ако при попадането си във вода той потъне, там молекулите ще се пренаредят така, че ще образуват двуслойна мембрана. Във вътрешния слой молекулите ще са насочени с хидрофилните краища към капката, а във външния слой - с хидрофилни краища към окръжаващата вода. Хидрофобните краища от двата слоя се насочват едни към други. Така се образува трайна коацерватна капка.

Сходен по механизъм процес е образуването на мембрани. По принцип образуването на първичните мембрани е много сходно с образуването на коацерватните капки. Важно е да се отбележи, че именно благодарение на мембраните живата материя се отличава от неживата по химичен състав и енергийно равнище. Щом съществува мембрана, тя проявява повърхностна активност, която води до възникване на метаболизъм, в резултат на който се изменят концентрациите на веществата от двете страни на мембраната. Говорейки за първични мембрани, трябва да уточним, че каквато и да е мембрана от полярни молекули може да създава и запазва такива различия в концентрациите, щом улеснява дифузията на едни молекули, а възпрепятства дифузията на други - избирателна пропускливост. Появява се разлика в осмотичното налягане от двете страни на мембраната.

И така при наличие на мембрана получаваме метаболизъм като следствие. Това най-общо е процес на приемане и отделяне на вещества, придружен от верига междинни процеси. В съвременните организми има два типа такива процеси - хранене и дишане. В ранните етапи от еволюцията на живата материя храненето вероятно се е осъществявало по възможно най-опростения начин - на повърхността на образуваните мембрани са се адсорбирали глобулни молекули, които са отдавали свои групи на най-близката полярна молекула, тя ги е предавала на съседната и т.н.

Предшественици на фотосинтезата и дишането пък са сходни реакции при неорганични съединения, демонстрирани от Граник в неговия фотогалваничен модел. За ядро на системата Граник използва широко разпространения в земната кора минерал магнетит. В кристалната решентка на магнетита йоните на двувалентното и тривалентно желязо са разпределени по такъв начин, че могат да приемат и предават електрони. Освен това магнетитът поглъща светлина и има свойствата на полупроводник. Ако на повърхността на минерала е адсорбиран тънък слой от други вещества, то като поглъща слънчева светлина магнетитът ще действа като редуктор или като окислител. Ако например магнетитът е покрит с тънък слой железен сулфид, при падането си по повърхността светлинните кванти ще предизвикат движение на електрони от вътрешността на магнетита към повърхността. Бисулфидните групи ще бъдат редуцирани до сулфхидрилни, след което ще се отдели вода. Системата ще действа като редуктор. Ако повърхността на магнетита е покрита с тривалентен железен хидроксид и манганов оксид, при поглъщането на светлинни кванти електроните ще преминават от йоните на хидроксида през йоните на желязото към вътрешността на кристала. В резултат на това хидроксилните йони ще се окисляват до вода и ще се отделя атомен кислород. Системата ще действа като окислител. Подобна система би могла да служи като неорганичен доставчик на енергия. Макар и недотам ефективна е играела важна роля в началните етапи от еволюцията на живата материя.

Разглеждането на биопоезата на стадии, или стъпчица по стъпчица, би трябвало да покаже, че тези процеси по нищо не се отличават от протичащите и днес в неживата природа. Надявам се, че по този начин ще се коригира погрешното схващане на мнозина, че химията, случваща се в живите организми, е коренно различна от тази в околната среда. Нищо подобно, същата си е. А постепенното усложняване и заменяне на компонентите на дадена система с органични такива е с цел по-добра ефективност и вероятно е било "направлявано" от своеобразен естествен подбор, който е благоприятствал по-ефективните варианти за сметка на други. Модел на подобна еволюция в система in vitro досега не е създаден. Сещате се защо. За наблюдаване действието на естествения отбор е нужна смяна на хиляди поколения. В последно време обаче се разработват компютърни модели, които са много полезни и информативни.

[Ники Орлов]

lila_va, ПОЗДРАВЛЕНИЯ ЗА ТРУДА!!!

Наистина успях да допълня представата си за научната теория за възникването на живота. Благодарен съм за което! Вероятно ще има и други, които ще се ползват от труда ти.

Много би ми се искало да го продължиш до този етап, в който започва да се наблюдава размножаване. Така трудът ти наистина ще придобие цялостност, според мен. До тук даваш важна част от обясненията за произхода на живота. Но, за мен поне, възникването на живота грубо може да се разглежда като процес с начало и край. Като ти си разгледала началото и си стигнала някъде до около средата, а края на процеса за мен е най-общо казано - придобиването на способността за размножаване. Надявам се и ще се радвам да продължиш и да стигнеш до там!

[Last roman]

Най-елементарните вируси имат РНК. Тук някъде бях пускал една статия за т. нар. РНК свят:

http://xaoc.host22.com/Pages/Evolution-RNA_world_hypothesis.php

Прочети я внимателно!!!

та явно еволюцията върви от РНК към ДНК.

Иначе способност да се възпроизвеждат имат и някои белтъчни молекули /напр. приони/.

[Ники Орлов]

Апелирам да спрем да пишем коментари, въпроси и критики (или каквото и да е) в тази тема, преди lila_va да е довършила своето изложение.

Нека почакаме няколко дни да завърши труда си - мисля, че е толерантно да постъпим така! Аз също нямам търпение да попитам някои неща.

После, знам, всички ще имаме въпроси, забележки и т.н. Нека за сега се въздържим за да не се разводни, както става често, а да бъде по-пригледно - да коментираме после цялостното становище. Така ми се струва и по справедливо!

и пак на края:

МОЛЯ изчакайте ВЪЗДРЪЖТЕ СЕ ОТ КОМЕНТАРИ преди lila_va да е завършила...!!!

P.S: lila_va, нали ще довършиш започнатото?!?

[lila_va]

Темата ще бъде продължена, разбира се, това е само началото. Но няма проблем да питате, коментирате и допълвате, ако прецените, че е нужно.

Сириус, някои от експериментите, които съм изброила, показват именно полимеризиране на нуклеотиди и образуване на нуклеинови киселини. По-нататък ще допълня и следващите етапи...

Значи въпросния естествен подбор в първите етапи на образуването на деляща се клетка, не е наблюдаван.

Има обяснение за това, но няма доказателство в смисъла на науката.

Зависи какво разбираш под доказателство. "Доказателство в смисъла на науката" не е само директното наблюдаване, има и други методи

[lila_va]

Просто ей така:

"Въпреки всички неудобства и страдания, които бях принуден да изживея, доволен съм от крайния резултат, защото той ми възвърна разклатената от космическите мошеници вяра във вродената почтеност на електронните мозъци. Приятно е все пак да знаеш, че само човекът може да бъде негодник."

Из "Единайсето пътешествие", Лем

Продължавам с вълнуващата тема за възникване на възпроизводството.

С придобиването на способност за възпроизводство, веднъж възникнал животът е бил в състояние да се самопродължава. Сега е трудно да си представи човек, че възпроизвеждането на молекули също се е появило на основата на прости реакции, протичали в неживата материя. Бернал подчертава, че по мнението на много биохимици животът започва там и тогава, когато и където са се образували нуклеиновите киселини, в чиято молекула е записана наследствената информация.

Основният принцип на възпроизводството действа още при кристализацията, когато молекулите на кристала последователно и закономерно взаимодействат с йоните на разтвора, където той се е образувал. Това е възпроизводство в смисъла на намножаване и е много по-разпространен процес. За да се възпроизведе даден обект, е необходимо той да бъде копиран. То се осъществява по следния механизъм: свързване на малки молекули, при което се изгражда точно копие на обекта. Такъв обект е линеен полимер и е изграден от поредица субединици, разположени последователно. Животът се характеризира с растеж и метаболизъм, така че при копирането обектът трябва по някакъв начин да предава информацията за осъществяването на тези процеси. Линейният хомополимер е изграден от еднакви субединици и не може да носи такава информация (не знаене . Копиращият се обект трябва да представлява линеен хетерополимер.

Важно е да се отбележи, че от гледна точка на кристалохимията молекулата на линейния хетерополимер е по-устойчива, ако е спирално завита! Такава структура в сегашната природа е характерна за НК и белтъците. Потвърждение на идеята за стабилност на спиралната конфигурация на молекулите на възпроизвеждащия се обект може да се намери в някои опити на Калвин. Променяйки температурата или рН на средата, той принуждава спирално завити пептидни вериги да се деспирализират. При възстановяване на първоначалните условия веригите отново се спирализират по същия начин, както са били в началото. Следователно спирализацията на линейните полимери не е свойство, характерно само за живата природа, а зависи преди всичко от термодинамичните свойства на полимерите. Но всичко това засяга само вторичната структура на копиращите се молекули. Възниква въпросът каква е била тяхната първична структура, дали е съществувала някаква закономерна последователност на съставящите субединици?

Отговор на тези въпроси може да се открие в някои от опитите на Фокс. По-горе споменах, че в синтезираните от тях по абиогенен път протеиноиди се забелязва ясно изразена закономерност. Фактът, че тези "подредени" протеиноиди са синтезирани по абиогенен път и при липса на НК в сситемата, недвусмислено показва, че в етапа на предживата материя е бил възможен синтез на подредени полимери, които могат да се нарекат самоподреждащи се. При това без нужда от живи организми или дори НК. От такива самоподреждащи се полимери е напълно възможно да са произлезли първите белтъкоподобни съединения. Порядъкът на съставящите ги субединици вероятно се обуславя от тримерната структура и електронната конфигурация на молекулите на изграждащите ги аминокиселини. Такива подредени полимери биха могли да възникнат с равна вероятност в каквато и да е среда - и в гореща и безводна, и във водна и с умерена температура...

Много е вероятно по същото време да са протичали реакции между синтезираните по абиогенен начин подредени протеиноиди и НК, също с абиогенен произход.

[lila_va]

Да вземем да обърнем по-специално внимание на генетичния код. Така, де, много хора смятат, че именно там е заключено доказателството за интелигентен замисъл. Както видяхме обаче, резултатите от опитите на Фокс показват, че абиогенният синтез на нуклеотиди и полинуклеотиди е съвсем реален. Подобни експерименти провежда и Орджъл, който доказва, че авторепликация на полинуклеотидни вериги може да се осъществи без наличие на ензимни системи. Тоест самовъзпроизвеждащи се полинуклеотиди могат да бъдат създавани по абиогенен път. Например, ако се смесят разтвори на аденин и урацил, в сместа се образуват кристали, съставени от смесени димери, в които двата нуклеотида са свързани с водородни връзки. Аналогични резултати се получават и при смесване на гуанин и цитозин. Същевременно при смесването на аденин-цитозин и гуанин-урацил (некомплементарни двойки) димери не се получават.

Друг опит показва, че полиуридилова киселина и аденозин-5'-фосфат в разреден разтвор, без ензими, образуват устойчива двуверижна спирала. Подобен резултат се получава и в разтвор от полицитидилат и гуанозин-5'-фосфат... Накратко казано полинуклеотидната верига може да служи като матрица за ориентацията на други мононуклеотиди без участието на ензими. Всичко това показва, че свойството да образуват двойки е характерно за базите и че възпроизводството на полинуклеотидни вериги велоятно се е осъществявало в абиотични условия дълго преди появата на ензимите. Или както аз обичам да казвам, а то е и очевидно, интелигентна намеса е необходима по-скоро за възпрепятстване на иначе естествено протичащия си процес на абиогенна полимеризация

Дотук с опитите. Идеите, които ще нахвърлям по-нататък за появата и еволюцията на генетичния код, имат по-скоро хипотетичен характер, макар и стъпили на солидни основания.

В живата природа синтезът на полипептидни вериги става с посредничеството на молекули тРНК (транспортна). При всички видове тРНК е представена с малки молекули (прибл. 80 бази) и има много общи свойства. Това доказва древния произход на тРНК. Записването, предаването и реализирането на наследствена информация се осъществява чрез триплетен (кодонът е съставен от три последователни нуклеотида), универсален (мястото на дадена аминокиселина в полипептидната верига се определя от едни и същи триплети при всички организми) и изроден (някои аминокиселини се кодират едновременно от няколко триплета) генетичен код. Когато няколко триплета определят мястото на една и съща аминокиселина, те се различават помежду си по последния нуклеотид. Например мястото на аланина се определя от следните триплети - ГЦЦ, ГЦГ, ГЦУ. Въз основа на това може да се предположи, че в ранните етапи от зараждането на живота първичният генетичен код е бил двуплетен. Това дава възможност за 4^2 = 16 различни комбинации. В повечето експерименти, доказващи абиогенния синтез на аминокиселините, са получени не всичките 20, а само 10-12 от тях. Възможните 16 комбинации от двуплети вероятно напълно са задоволявали предбиологичната еволюция на материята. Има и противоречия - всички днес живеещи организми притежават триплетен генетичен код.

[Magister militum]

Следваща крачка в еволюцията на материята е образуването на различни полимери от тези органични молекули. Ако образуването на органични молекули по абиогенен начин и тяхното полимеризиране в протеиноиди са началните етапи на биопоезата, то самата биопоеза по-нататък преминава през още много стадии.

Коацервация. Терминът е предложен от Бунденберг де Йног, за да означи групирането на органични молекули с абиогенен произход в малки частици, коацерватни капки, или както е по-точно да се наричат - коацерватни агрегати. Подобни частици могат да бъдат получени, когато мехурчета газ се пропуска през морска вода. Приема се, че запенването на водата в моретата и океаните вследствие на разбиването на вълните е играло важна роля при образуването на коацерватните агрегати. При такъв тип коацервация участват поляризирани молекули (с хидрофилна група в единия край и с хидрофобна в другия). Те имат определена повърхностна активност и се стремят да образуват мембрани на повърхността на водата с дебелина 1 молекула, като се ориентират с хидрофилните краища към водата, а с хидрофобните - към въздуха. Когато под удара на вълните се откъсне малка капка с такава молекулна мембрана, молекулите й отново се подреждат с хидрофилните краища към водната капчица, като по този начин я обграждат радиално. Така се образува коацерватен агрегат. Ако при попадането си във вода той потъне, там молекулите ще се пренаредят така, че ще образуват двуслойна мембрана. Във вътрешния слой молекулите ще са насочени с хидрофилните краища към капката, а във външния слой - с хидрофилни краища към окръжаващата вода. Хидрофобните краища от двата слоя се насочват едни към други. Така се образува трайна коацерватна капка.

Здравей,

Коацервацията е силен аргумент особенно ако има в наличност свободни реакционни химически структури - например белтъчните полипептидни вериги имат забележителното свойство да самоагрерират.В тези случаи отделните белтъчни субединици агрегират в по-големи единици, а те от своя страна образуват още по-големи и по-сложни структури.При самоагрегацията отделните полипептидни вериги не се свързват с ковалентни връзки, а с по-слаби - водородни.Вероятно физичния смисъл на явлението самоагрегация е, че свободната енергия при образуваните агрегати е по-малка, отколкото при единичните полипетидни вериги.Способност да самоагрегират притежават редица вирусни, животински и растителни белтъци.Интересно е да се отбележи , че при подходящи рН, солева концетрация, температура и др. белтъчните агрегати се дезагрегират частично или изцяло, като се получават изходните полипептидни вериги.

Може би трябва да се каже, че не само полипетидните вериги могат да самоагрегират, а и самите мономерни единици - аминокиселините, не подлежи на съмнение могат да се групират в определена последователност, образувайки полипептидни вериги с различна дължина без участието на ензимни комплекси, рибозоми, нуклеинови киселини или пък "интелигентен дизайнер".Спонтанното образуване на прости линейни полипетидни вериги от свободни мономери е едно от интересните свойства на аминокиселините и направените многобройни експерименти недвусмислено го доказват.Елонгацията (нарастването) на полипетидната верига в естествени условия се извършва винаги от N към С края като вероятно една от причината за това освен по-голямата реакционна способност на С-края е следната възможност - присъединяването на молекула вода към С-края води до образуване на стабилна СООН група което спира нарастването на полипетидната верига, а при отделяне на молекула вода карбоксилната група се разкъсва и нарастването на полипетидната верига се иницира.

От изложеното обаче, не става ясно какво имаш предвид под - " Те имат определена повърхностна активност и се стремят да образуват мембрани на повърхността на водата с дебелина 1 молекула.."

Щом дебелината е 1 молекула, как в такава еднослойна мембрана молекулите ще успеят да се наредят с хидрофилните си краища към водата, а с хидрофобните към въздуха.

И още нещо неясно - " Така се образува коацерватен агрегат. Ако при попадането си във вода той потъне, там молекулите ще се пренаредят така, че ще образуват двуслойна мембрана. Във вътрешния слой молекулите ще са насочени с хидрофилните краища към капката, а във външния слой - с хидрофилни краища към окръжаващата вода. Хидрофобните краища от двата слоя се насочват едни към други. Така се образува трайна коацерватна капка.... "

Добре, но какви сили поддържат хидрофилните краища (глави) на молекулите плътно една до друга в двата слоя така, че молекулите да не се разпръснат и при най-малкото механично въздействие?

 

[lila_va]

От изложеното обаче, не става ясно какво имаш предвид под - " Те имат определена повърхностна активност и се стремят да образуват мембрани на повърхността на водата с дебелина 1 молекула.."

Щом дебелината е 1 молекула, как в такава еднослойна мембрана молекулите ще успеят да се наредят с хидрофилните си краища към водата, а с хидрофобните към въздуха.

Всяка молекула има хидрофобен и хидрофилен край. В един такъв повърхностен слой хидрофобният е ориентиран към въздуха, а хидрофилният - надолу към водата.

И още нещо неясно - " Така се образува коацерватен агрегат. Ако при попадането си във вода той потъне, там молекулите ще се пренаредят така, че ще образуват двуслойна мембрана. Във вътрешния слой молекулите ще са насочени с хидрофилните краища към капката, а във външния слой - с хидрофилни краища към окръжаващата вода. Хидрофобните краища от двата слоя се насочват едни към други. Така се образува трайна коацерватна капка.... "

Добре, но какви сили поддържат хидрофилните краища (глави) на молекулите плътно една до друга в двата слоя така, че молекулите да не се разпръснат и при най-малкото механично въздействие?

Същите сили, които държат хидрофобните краища далече от водата и обратното. Да им се противопоставиш е като да събереш едноименните полюси на магнит

[Last roman]

Молекулите имат хидрофобен и хидрофилен край. Те реагират на вода. А помежду си привличат ли се, та да се крепят една до друга, да се получи що-годе устойчива мембрана.

Оф корпсе. Хидрофилният край се ориентира към водните молекули, а хидрофбния край - към другите хидрофобни краища на съседните молекули, така че получават капки. Учил ли си биология и химия между 7 и 11 клас?

Може би ще ти е интересно да попрочетеш нещо:

http://www.mayamarkov.com/introcellbiol/03_Membrana.htm

Редактирано Май 14, 2012 от Last roman

[lila_va]

Лилаве, опитай се да разбереш въпроса.

Молекулите имат хидрофобен и хидрофилен край. Те реагират на вода. А помежду си привличат ли се, та да се крепят една до друга, да се получи що-годе устойчива мембрана.

Еее, ама опитай да разбереш отговора пък и ти

Спонтанното образуване на капки "затваря" хидрофобните краища на молекулите във вътрешността на една такава капка. Молекулите не могат да се разпръснат, защото това би означавало да се изложат хидрофобните краища на досег с водата, което няма как да стане, те "бягат" от нея, насочват се към вътрешността. То това е нещо елементарно А в примера, който аз съм дала, е дообяснено как може да се образува и двойна такава мембрана.

Де да знам, може аз да не умея да обяснявам ясно. Има и доста илюстрации в интернет, за по-нагледно...

[Magister militum]

Всяка молекула има хидрофобен и хидрофилен край. В един такъв повърхностен слой хидрофобният е ориентиран към въздуха, а хидрофилният - надолу към водата.

На гранична повърхност вода-въздух това е възможно, въпроса ми бе как ще се реализира тази подредба ако молекулите са изцяло потопени във вода и нямат непосредствен контакт с възуха - например в по-дълбоките слоеве на водните басейни, под границата вода-въздух.

Същите сили, които държат хидрофобните краища далече от водата и обратното. Да им се противопоставиш е като да събереш едноименните полюси на магнит

Освен хидрофобните сили между опашките, за да се образуват агрегати или да възникне някаква подредба, между полярните глави на молекулите протичат и електростатични сили.

[lila_va]

На гранична повърхност вода-въздух това е възможно, въпроса ми бе как ще се реализира тази подредба ако молекулите са изцяло потопени във вода и нямат непосредствен контакт с възуха - например в по-дълбоките слоеве на водните басейни, под границата вода-въздух.

Ами обяснено е по-горе. Образуват двуслойни мембрани без отворени краища. Така се срещат хидрофобен край с хидрофобен край и хидрофилен с вода.

Освен хидрофобните сили между опашките, за да се образуват агрегати или да възникне някаква подредба, между полярните глави на молекулите протичат и електростатични сили.

И? На мен нещо ми убягва тук смисълът на въпроса. Междумолекулните сили и взаимодействия се наблюдават не само при коацерватите. Те дори не са мистерия някаква, която да заслужава внимание. Просто потяпаш ножа с масло в горещия чай и виждаш как се образува хидрофобен слой, а не разпръснати хидрофобни молекули

[Magister militum]

Не става дума за мистерия.Нали за да обясниш как се образува коацерватна капка, трябва да стане ясно как молекулите си взаимодействат за да се групират в такава структура.Ти казваш, че хидрофобните опашки взаимодействат,добре аз те допълвам като казвам, че освен хидрофобни взаимодействия има и електростатични взаимодействия между полярните глави на молекулите.Това е .

Редактирано Май 25, 2012 от Magister militum

[lila_va]

  Не става дума за мистерия.Нали за да обясниш как се образува коацерватна капка, трябва да стане ясно как молекулите си взаимодействат за да се групират в такава структура.Ти казваш, че хидрофобните опашки взаимодействат,добре аз те допълвам като казвам, че освен хидрофобни взаимодействия има и електростатични взаимодействия между полярните глави на молекулите.Това е . 

Благодаря за допълнението значи Гледам да не натоварвам и без друго обемистата тема (предстои още доста по нея) с неща, които ми се струват странични. Но ако прецените, че някъде е неясно, какво пък, допълвайте, коригирайте...

След малко ще има още.

[lila_va]

Фотосинтеза и кислородно дишане

Асимилационните процеси са едно от основните свойства на съвременната жива природа. Представляват доста сложна верига от последователни биохимични реакции. Произлизат, както и другите свойства на живата природа, от много по-прости и по-малко ефективни реакции.

Вероятно и най-ранната жива материя, а също така и неживите макромолекули са имали своеобразни мутантни форми. Подобен процес се е осъществявал чрез много малки промени в молекулите при тяхното образуване и нарастване. Приема се, че в ранни геологични времена в резултат на такива мутации са се обособили органични макромолекулни комплекси, които наред с останалите свойства на живата материя са придобили и свойството да фотосинтезират.

За първичните фотосинтезиращи организми фотосинтезата е станала основен източник на енергия, тъй като превъзхожда всички останали начини на метаболизъм. Много е важно да се отбележи, че краен резултат от първичната фотосинтеза е натрупването на кислород в безкислородната до този момент атмосфера. Това, разбира се, е ставало много бавно – процесът е отнел приблизително 2 млрд. години. И едва след това става възможна появата на кислородното дишане. Вероятно отново по пътя на мутации. Кислородното дишане е процес, противоположен на фотосинтезата. Между двата процеса има много общи черти, като по-важни са следните:

1.И двата процеса са високоенергийни.

2.И двата процеса се осъществяват от сходни молекули – хемоглобин и хлорофил.

Кислородното дишане е свойствено за всички съвременни аеробни организми. От сега съществуващите аеробни бактерии има някои, които са факултативни анаероби и са способни при намаляване на количеството кислород в средата под определен критичен минимум (около 0.21%) да преминават към ферментация.

Днес живеещите микроорганизми използват много по-разнообразни начини за получаване на енергия в сравнение с висшите организми. От това може да се съди за евентуалните механизми за получаване на енергия при първите живи организми. Един от най-разпространените процеси при днешните прокариотни организми е ферментацията. Независимо от разнообразието си ферментационните процеси са еднакви по същността си и са много близки до дишането. Представляват процес на пренос на електрони от донорна до реципиентна молекула (екзергонични оксиредукционни реакции). При кислородното дишане крайният акцептор на електрона е кислородът, който се редуцира до вода. Микроорганизмите използват като акцептори на електрони и органични, и неорганични съединения. В зависимост от това метаболизмът им се дели на няколко основни групи:

1.С използване на слънчева светлина.

2.С използване на енергия от оксиредукционни (тъмнинни) реакции.

Втората група обединява няколко варианта:

- кислородно дишане – краен акцептор на електрона е кислородът;

- безкислородно дишане – краен акцептор на електрона е неорганично вещество;

- ферментация – краен акцептор на електрони е органично вещество.

Това разнообразие на метаболитните процеси при микроорганизмите ни представя прехода от безкислороден към кислороден начин на живот.

Според Беркнер и Маршал аеробното дишане като реакция на увеличеното количество кислород в средата не е възникнало изведнъж, защото в първите организми не са съществували съответните ензими. Но от гледна точка на геологичното време това е станало сравнително бързо, доколкото свойството да дишат аеробно е давало огромни предимства на организмите, които са го придобили. С развитието на кислородното дишане се е включил в действие и най-древният механизъм за обратна връзка в системата организъм – среда. Той принципно се е осъществявал по следния начин.

Когато съдържанието на кислород в първичната атмосфера е достигало точката на Пастьор (критична точка на кислородно съдържание), организмите с факултативно аеробно дишане са преминали от ферментация към дишане, тоест изразходват натрупания в атмосферата молекулен кислород. Ако общата маса на факултативно аеробно дишащите организми е била такава, каквато е била биомасата на тогавашните фотосинтезиращи организми, то съдържанието на кислорода в атмосферата се е колебаело около 1% от днешното му количество. При преминаването на кислородното съдържание под тази граница факултативно аеробно дишащите организми са се връщали към ферментацията. При увеличаване на кислородното съдържание вслеметаболизма на фотосинтезиращите организми над точката на Пастьор те отново са преминавали към кислородно дишане и започвали да го изразходват, докато се стигне до нов минимум...

Едно от косвените доказателства, че това е било така, е фактът, че точката на Пастьор при днес живеещите факултативно аеробно дишащи организми е една и съща, при това между тях няма филогенетични връзки. Това води до предположението, че и в ранната еволюция метаболитното превключване се е извършвало по същия начин.

[Last roman]

еволюция на рибозомите:

http://richarddawkins.net/2014/07/evolution-of-lifes-operating-system-revealed-in-detail/

И филмче:

[Last roman]

Химици твърдят, че са разрешили загадката как Животът се е зародил на Земята

В статията си, публикувана в списание Nature Chemistry , екипът описва как са успели да представят реакциите, които произвеждат две и три въглеродни захари, аминокиселини, рибонуклеотиди и глицерол - материали, необходими за метаболизма и за създаването на молекулите на градивните елементи на протеините и рибонуклеинова киселина и също така даващи възможност за създаването на липидите, които образуват клетъчни мембрани.Екип от химици, работещи в MRC лабораторията по молекулярна биология в Кеймбридж твърди, че е открил тайната как е възникнал Животът на Земята преди повече от 4 милиарда години.

Учените спорят от години различните възможности, които биха могли да доведат до развитието на живот на Земята. Напоследък все повече популярност набира теорията за панспермията - че Животът се е зародил на друго място и е попаднал на нашата планета от комети или някакви други небесни тела.

Последните дебати разделят учените като привърженици на една от 3-те хипотези: "РНК-свят", че първо се е изградил метаболизма или че първо са се формирали клетъчните мембрани.

Схематично представяне на разликите между хипотезите РНК-свят и метаболизма. Илюстрация: Molecular Systems Biology

Химиците с този нов експеримент вярват, че са намерили начин да покажат, че и трите представи са и правилни, и грешни. Те вярват, че са намерили начин да се покажат, че всичко необходимо за развитието на живота е само сероводород, циановодород и ултравиолетова светлина и че всички тези строителни блокове може да са съществували по едно и също време. В статията си те твърдят, че използвайки само тези три основни съставки, могат да произведат повече от 50 нуклеинови киселини - предшественици на ДНК и РНК молекули.

Авторите отбелязват, че ранните метеорити са носели със себе си съставки, които ще реагират с азота още в атмосферата, произвеждайки много циановодород. Като се разтвори във вода, той може много лесно да влезе в контакт със сероводорода и в същото време реакциите да са изложени на ултравиолетовата светлина на Слънцето. И това е всичко, което е необходимо, за да започнат нещата да се случват.

Констатациите на екипа със сигурност ще предизвика голям интерес в научните и обществените среди и без съмнение ще бъдат тествани и коментирани. Ако това, което твърди екипът, премине проверките, това изследване най-вероятно ще бъде запомнено като едно от най-големите постижения на нашето време.

Илюстрация към изследването - Nature Chemistry

http://nauka.offnews.bg/news/a_0/a_6296.html?preview=ok

Редактирано Март 19, 2015 от Last roman

[Южняк]

Последният обще предшественик на живите организми е съществувал преди цели 13 милиарда години (поне порядъка е верен), така че - твърдо панспермията. (освен ако животът не е възниквал 2 пъти - тогава няма нужда от панспермия.)

[Малоум 2]

Малко по-различно от това:

"Учените спорят от години различните възможности, които биха могли да доведат до развитието на живот на Земята. Напоследък все повече популярност набира теорията за панспермията - че Животът се е зародил на друго място и е попаднал на нашата планета от комети или някакви други небесни тела."

Май все се забравя, че става въпрос за живот на основа белтъчини. Доказан факт от нашето съществуване е, че на база "белтъчен" живот е възможно толкова сложна организация на материята, та да достигне до Гл. мозък при Човек. Който мозък се пита ... как е възникнал?! Пък - това е единственият възможен начин за възникване на свойства Съзнание и Разум, с помощта на които се опознава реалността. Останалите природни структури - не развиват такива свойства - доказано е!

Изначалните "организационни" структури от химелементи си съществуват в неживата природа и правят околността си с анизотропни свойства. Не може на база тях, да се решава привнасяне на живот. Демек, това което искаме да предпишем на панспермията, е нашето незнание, непознаване на естествените възможни връзки, между веществените частици. Непознаване на физиката за самоорганизация на материята. Само на Земята е имало необходимите и достатъчни условия за по-нататъшно развитие на структурите, до Човек.

Всички "ръкопляскаме" на 3D и 4D принтерите - по зададена програма и НАЛИЧЕН подходящ изходен материал - се "строи" обект от сложни структурни единици.

Да, ама как Природата достига до наличен подходящ материал, се пропуска ... в изграждането на хипотезите си за въникване на живот.

[SAlexandrov]

Животът може да е възникнал в космоса и да пътува между планетите

Колониите от бактерии бяха поставени от външната страна на японския модул "Кибо" и там престояха в продължение на три години. Photo credit : JAXA/NASA

26 юли 2020 г. 08:05 ч.

Светослав Александров. Ново изследване, проведено от японски учени от външната страна на Международната космическа станция, подкрепя хипотезата за литопанспермията - че животът е възникнал в космоса и впоследствие е бил пренесен между планетите посредством астероиди, комети и планетоиди. 

Научната статия, описваща резултатите от изследването, бе публикувана днес, на 26-ти юли, в списанието Frontiers in Microbiology. Журналът е престижен и притежава импакт фактор 4.235. 

За целта на изследването агрегати от бактерии Deinococcus spp. бяха поставени от външната страна на японския модул "Кибо", който е част от МКС. След три години изследователите провериха дали микроорганизмите са оцелели. Резултатът е изненадващ: практически всички агрегати, които са по-дебели от 0.5 милиметра, съдържат живи бактерии.

Нещо повече - само клетките на повърхността на агрегатите умират, образувайки защитен слой около намиращите се във вътрешността микроорганизми. Тъй като едно пътешествие между Земята и Марс отнема едва няколко месеца, напълно е възможно животът да е възникнал на Червената планета и да е бил пренесен тук. Или обратното - животът да е възникнал на Земята, но да се е разпространил из цялата Слънчева система. Според изследователите един агрегат от бактерии може да остане жизнеспособен между 15 и 45 години - предостатъчно време за цялостното разселване на живота в рамките на една планетарна система! 

"Произходът на живота на Земята е най-голямата мистерия за човешките същества", съобщава д-р Акихико Ямагиши, един от авторите на проучването. "Учените имат коренно различни виждания по въпроса. Някои смятат, че животът е изключително рядък и е възникнал еднократно във Вселената. Други са на мнение, че се среща на всяка планета. Но ако панспермията е възможна, тогава животът трябва да съществува много по-често, отколкото смятахме преди".

Великият учен Стивън Хокинг, който почина през 2018 г., бе един от привържениците на хипотезата за панспермията. "Животът може да се разпространи от планета до планета или от звездна система до звездна система, пренесен от метеори", смяташе той. 

Източник: Frontiers in Microbiology

https://www.cosmos.1.bg/portal/2014-10-24-20-54-26/3537-2020-bacteria-panspermia

[Малоум 2]

Преди 22 минути, SAlexandrov said:

"Произходът на живота на Земята е най-голямата мистерия за човешките същества", съобщава д-р Акихико Ямагиши, един от авторите на проучването. "Учените имат коренно различни виждания по въпроса. Някои смятат, че животът е изключително рядък и е възникнал еднократно във Вселената. Други са на мнение, че се среща на всяка планета. Но ако панспермията е възможна, тогава животът трябва да съществува много по-често, отколкото смятахме преди".

Еволюцията "разказва" друго. Трябват външни за "живото" условия. На камъните дето имало било бактерии - няма такива условия, т. е., не може да се развие живот така, че да достигне интелект. Саморазвитието и самоорганизацията изискват наличие на много различни материални ресурси в околността на живото. Така, ако няма еволюция на неживата материя, да натрупа връзки в себе си, които да служат за "храна" на живото, то не може да се развива в по-крупни форми, със сложна вътрешна организация на собствените си връзки (за да съществува като цяло - във времето!). Известно е: живото се храни с отрицателна ентропия - преподрежда вътревръзките си, за отклик на външните изменения на полетата... Създава си собствени обвивки -  като всяка частица. И, ако не падат отгоре им фотони които да ги разрушават (резонансно), то може да съществуват известно време, като отделна структура. Също е известно, че високочестотните трептения са много в Космоса. Следователно - ако няма външни условия, като тези на Земята - развитието на бактерии и може би малко по-сложни био-структури е до там... Няма вероятност, или  много е малка вероятността, за възможен живот, подобен на земния...

Самата Земя си е направила Обвивките от полета - сложен слоист модел на повърхността си, преди да се пръкне живота от възможни бактериални структури - с промяна на ЕМПоле на Земята, се променят и разнообразяват живите структури, но за сложна организация, като Гл. Мозък при Човек са нужни множество "проба-грешка" опити преди това. Без значение е съществуването  на отделни бактерии в космическите тела-камъни и планети (панспермията), ако няма среда за усложняване на био-връзките. Начални образувания - био-структури принципно е възможно, но в никакъв случай не е достатъчно, за да се говори, че имало било живот и другаде, освен на Земята. Кво от туй, че имало бактерии - като няма да се достигне, развитие във времето, до интелект.

...

[Малоум 2]

Ето и едно популярно - в опит за обяснение на ...

https://nauka.offnews.bg/news/Vaprosi_2/NE-zhivoto-vav-Vselenata_156840.html

(НЕ) живото във Вселената

В търсене на отговора на големия въпрос – кои сме и от къде идваме?

„Да се говори, че е имало време, когато не е имало време е също толкова абсурдно, както и да се говори, че човекът е съществувал, когато не е имало човек, или че този свят е съществувал, когато все още не е съществувал свят.“

Св. Августин „За Божия град“

Един от най-неловките въпроси, на които всеки родител трябва да отговори е „А откъде съм дошъл аз?“. Отговорите варират от натуралистично-реални до анималистично-фантазмени: прословутите „птички и пчелички“. Въпросът придобива съвсем други и доста плашещи измерения, когато се съотнесе към произхода на човечеството. От мистицизма, през религията и науката, този въпрос е получавал и ще получава отговори през цялата неписана и писана човешка история.

С какво тази тема е толкова вълнуваща и защо е толкова важно да стигнем до смислен и правилен отговор? Тук не става дума просто за вроденото човешко любопитство, нито дори за правилното ни позициониране във Вселената. Става въпрос за бъдещето ни – ако не знаем как се е зародил живота, съответно и ние с него, едва ли можем да направим някаква прогноза за развитието му и за стратегиите за оцеляването ни като вид.

Митовете за сътворението са не само забавни в своята изобретателност, уникални характеристики и общи сходства, но са и изключително полезни при антропологичен анализ. Ние обаче ще ги прескочим, заедно с не по-малко интересните религиозни концепции, за да се впуснем в безкрайното поле на научните хипотези по въпроса. А те са не по-малко интересни, разнообразни и може би скоро ще ни позволят да намерим и идентифицираме други форми на живот – едно от тези събития, които променят перспективата и света, какъвто го познаваме.

Всичко започва със супа!

Но не тази, от която се оплакваме в ресторанта, а супата на Александър Иванович Опарин - съветски биохимик , издигнал още през 1924г. хипотезата за абиогенеза: възникване на живота, чрез спонтанно зараждане на органични молекули от неорганични съединения. Опарин твърди, че „първична супа“ от органични молекули може да бъде създадена в атмосфера без кислород под действието на слънчевата светлина. Тези молекули биха могли да се комбинират по все по-сложни начини, докато не образуват коацерватни капчици. Тези капчици биха "нараснали" чрез сливане с други капчици и биха се "размножили" чрез делене на дъщерни капчици, придобивайки примитивен метаболизъм, при който факторите, които насърчават "клетъчната цялост", оцеляват, а тези, които не - изчезват. Година по-късно, Джон Халдейн дава своя принос към бульона, потвърждавайки тезата на своя колега.

Двамата полагат основите на революция в теориите за произход на живота, но дали този възглед е толкова революционно нов? Бегъл поглед назад ни препраща чак до Аристотел, който издига идеята за спонтанно самозараждане, твърдейки, че животът се самозаражда от гниеща органична материя, ако трябва да сме точни само в присъствието на „пневма“ – жизнена топлина. Всички сме чували за поне един от експериментите доказващи тази теза – злополучните опити на Жан Баптист ван Хелмонт, фламандски учен от XVII век, предположил, че мишките могат да възникнат от парцали и пшенични ядки, оставени в отворен контейнер в продължение на 3 седмици. По смущаващ обаче е резултатът на Джон Нийдхам. Той нагрява в продължение на 30 минути инфузии на различни вещества, което би трябвало да убие всичко в тях, но въпреки всичко впоследствие наблюдава голям брой организми в епруветките. Трябва да дойде златната за биологията 1859-та година , в която великият Пастьор се досеща за нещо просто, но ефективно – да повтори експеримента на колегата си, при това използвайки бульон, но да запуши колбата със специална извита запушалка, предотвратяваща достъпа на бактерии.

Фиг. 1 Спонтанно самозараждане – биогенеза-абиогенеза. Пътят на научното познание за произхода на живота. В средата е прословутата колба на Пастьор.

Този път растеж няма – и експериментът е толкова категоричен, че в биологията се утвърждава принципът Omne vivum ex vivo, който поставя категорична граница между живото и неживото. Този привидно затворен кръг на познанието (фиг.1) намира своят изход, чрез експериментите на починалият на днешната дата Фридрих Вьолер.

През 1828 година той пише на Йонс Берцелиус: „Трябва да ви кажа, че мога да произвеждам урея, без да използвам бъбреци на животно, било то човек или куче!“. Вьолер току-що е открил философския камък: превръща неорганичното съединение амониев цианат (NH₄(OCN) в органично – урея ((NH₂)₂CO. Това парченце от пъзела измества границата поставена от Пастьор – да, спонтанно самозараждане няма, защото в момента животът на планетата ни е напълно развит, със завършени екосистеми, но в миналото на Земята, преходът от неживо към живо се е осъществил и първата стъпка в него е била преходът от неорганични към органични съединения.

През 1953а Стенли Милър и Харолд Юри правят известния си експеримент, доказващ че такъв преход е възможен и в далеч по-сериозни мащаби. Охлаждайки реакционна смес от водни пари, амоняк, метан и водород, подложени преди това на нагряване и електрически разряди, те получават смес от органични съединения, между които 5 аминокиселини. Още по-впечатляващ е повторният анализ на запазени колби, съдържащи оригиналните екстракти, извършен през 2011г. при който са идентифицирани 23 аминокиселини.

Статията, макар и престояла близо 5 месеца в редакцията на Сайънс и публикувана седмици след публикацията на Уотсън и Крик, предизвиква огромен отзвук. Търсенето на живота трайно преминава от зоната на мистиката, в сферата на влияние на науката. Най-добро обобщение на етапите на преход от неживо към живо, прави ирландският биохимик Джон Бернал:

⦁ Формиране на биологични мономери (органични молекули, биомаркери).
⦁ Формиране на биологични полимери (нуклеинови киселини и протеини).
⦁ Еволюция от молекули към клетки.

Живот от небето

Вселената е твърде голяма, за да бъдем уникални – това е един мотив в науката, последователно изграден от наблюденията на Коперник, който, както пише на паметника му във Варшава „спря Слънцето и завъртя Земята“, през Дарвин, който ни поставя в контекста на всички останали живи организми и до Хъбъл, който откривайки други галактики, разширява границите на Вселената отвъд мислимото. При това положение, можем ли да приемем, че животът е уникален и присъщ само на Земята феномен? С огромна вероятност отговорът на този въпрос е „не“.

Откриването на екзопланетите и търсенето на Земя 2.0 отдавна не е сред широко тиражираните новини, а междувременно списъкът на потвърдените към 16.09.2020 година набъбна на 4277 планети. Над три хиляди от тях са открити с орбиталния телескоп Кеплер, а неговият наследник ТЕС вече има на сметката си 2240 кандидата. От откритите досега екзопланети 55 са в зоната на обитаемост на своите звезди, което ги превръща в потенциални места с наличие на живот.

Нашата слънчева система се оказа не по-малко интересна за астробиологията: оставяйки настрана обичайните заподозрени като Марс, спътниците Европа, Титан, Енцелад и Тритон, последните новини идват от смятаната за абсурдно негостоприемен свят Венера. Откритият там фосфин (PH₃), считан с голямо основание за биомаркер, не само фокусира медийното внимание по темата, но и има потенциал да преориентира насоките за търсене на живот в рамките на Слънчевата система.

Това, с което обаче най-тясно асоциираме живота, са нуклеиновите киселини. Другият потенциален кандидат са протеините, а въпросът кой от двата ключови биополимера се е появил пръв, е съвременния вариант на дилемата за кокошката и яйцето. Актуалното виждане за най-ранно възникналите биополимери е в полза на нуклеиновите киселини. Хипотезата за РНК свят се основава на автокаталитичните способности на рибозимите – молекули, способни да катализират собственото си възпроизводство. Как обаче да сглобим толкова комплексна молекула? Оказва се, че космосът е изключително богат на органични съединения, които могат да подпомогнат синтезата на протонуклеинови киселини. Това е групата на полициклените ароматни въглеводороди (ПАВ), които заедно с фулерените са най-разпространените полиатомни съединения във вселената.

_{Фиг. 2. Разположена в съзвездието Скорпион, мъглявината Котешка лапичка (NGC 6334) е зона на активно звездообразуване. Зелените облаци са образувани от ПАВ, флуоресциращи под действието на звездното лъчение. Кредит: NASA/JPL-Caltech , Public domain}

Има ги в мъглявини (фиг.2), в междузвездната среда и дори в атмосферата на Титан. Изображението получено с два от инструментите на телескопа Spitzer, дава представа за огромния мащаб в който се простират облаците от потенциални прекурсори на живота. Механизъм, предложен през 2004г. от Симон Николас Платс показва как прото РНК би могла да се синтезира с помощта на ПАВ:

1) прикрепване на азотните бази към скеле от ПАВ. Този етап се благоприятства от еднаквото разстояние между планарните пръстени на нукелотидите и ароматните пръстени на ПАВ - 0.34 nm.
2) прикрепване на олигомерен гръбнак. След като нуклеотидните бази са прикрепени (чрез водородни връзки), малки формалдехидни (метанални) олигомери, се свързват чрез ковалентни връзки с тях, както и помежду си, образувайки гъвкав структурен гръбнак.
3) отделяне на РНК-подобни молекули от ПАВ скелето. Последващ преходен спад на pH на околната среда, отделя молекули с формалдехиден вместо рибозо-фосфатен гръбнак, какъвто е в настоящите НК, но със същото отстояние между базите от 0,34 nm.
4) след като средата стане по-малко киселинна, се образуват стабилни, частично двуверижни РНК-подобни структури, подобни на рибозимите. Олигомерите на формалдехида биват изместени от по-стабилни рибозо-фосфатни молекули което води до образуването на стабилни автокаталитични комплекси.

Като вземем предвид и възможността за пряк синтез на азотната база аденин от вода и циановодород, както и получаването на захари, чрез формозната реакция на Бутлеров имаме всички необходими продукти за получаване на РНК, която да добавим в „първичната супа“. Но нужна ли ни е самата супа? Или можем да погледнем по-назад във времето, преди формирането на планетите, в момент в който молекулярните облаци формират протопланетарни дискове? Ако съпоставим времето, необходимо за преминаване през първите два етапа на Бернал, с времето необходимо за формиране на планета в обитаемата зона, може да се окаже, че възникването на прекурсорите на живота в протопланетарни дискове не е чак толкова екзотична идея. Зоните на планетообразуване около млади звезди на възраст 10 милиона (тип Т-Tauri) до не повече от 10 милиарда години (Herbig Ae/Be star) са богати на субмикрометрични прахови частици, които постепенно акретират (струпват се) в по-големи тела наречени планетезимали. Преди това обаче, те предоставят една порьозна, грапава повърхност, смесена с ледени кристали и подложена на лъчението на младата звезда в UV и рентгеновия диапазон. Това, представлява реакционна среда, която би могла да замени каталитичните свойства на ензимите, необходими за синтезирането на сложни биоплоимери. Не случайно един от най-прецизните радиотелескопи – интерферометърът (ALMA) Atacama Large Millimeter/submillimeter Array участва в проект по прецизното изследване на 20 ярки близко разположени протопланетарни диска.

^{Фиг. 3. Протопланетарен диск около звездата HL Tauri. Снимката е част от проекта DSHARP. Кредит: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Wikimedia Commons}

Изображението на фиг. 3 е с по-добра ъглова резолюция от аналогични изображения с телескопа Хъбъл, поради това че е заснето в милиметровия диапазон (240 GHz /1.25 mm), който за разлика от видимата светлина не се поглъща от междузвездното вещество. Едва след 60те години на ХХ век, астрономите имат възможност да изучават тъмните и сравнително хладни области в които междузвездната среда се обогатява с все по-комплексни молекули, започвайки от въглероден оксид, метанол или етанол и стигайки до все по-сложни молекулярни видове, включително касаещите произхода на живота.

През 1837г. откривателят на мъглявината Котешка лапичка, астрономът Джон Хершел, едва ли е подозирал, колко емблематично е името на мястото, от което се взира към звездното небе – нос Добра Надежда. Днес, това е надеждата, че животът е по-присъщ на Космоса, че неговите семена са разпилени нашироко в свода над нас, че сме в по-интересна и по-богата на живот Вселена, отколкото някога сме си представяли.

Справка:

⦁ Antígona Segura, James F. Kasting, Victoria Meadows, Martin Cohen, John Scalo, David Crisp, Rebecca A.H. Butler, and Giovanna Tinetti.Astrobiology.Dec 2005.706-725. http://doi.org/10.1089/ast.2005.5.706
⦁ García-Hernández, D., Manchado, A., et al. (2010). Formation of fullerenes in H-containing planetary nebulae. The Astrophysical Journal Letters, 724(1), L39.
⦁ Zhao, L., Kaiser, R. I., et al. (2018). Low-temperature formation of polycyclic aromatic hydrocarbons in Titan’s atmosphere. Nature Astronomy, 2(12), 973-979. doi:10.1038/s41550-018-0585-y
⦁ Platts, S. N. (2004). The PAH World: Discotic polynuclear aromatic compounds as a mesophase scaffolding at the origin of life.

Източници:

⦁ Списък на откритите досега екзопланети ⦁ (https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu).
⦁ Списък на планетите в зоната на обитаемост ⦁ (http://phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog/)
⦁ Проектът DSHARP ⦁ (https://almascience.eso.org/almadata/lp/DSHARP/)

 

***

Авторът д-р Петър Ефтимов е преподавател е главен асистент в катедра "Цитология, хистология и ембриология“ на Софийския  университет "Св. Климент Охридски". Занимава се активно с популяризация на науката като участва редовно в Софийския фестивал на науката, а през 2016 г. става победител в националния конкурс „Famelab – Лаборатория за слава“. Предстои му да защити и магистърска степен по Астрономия и популяризация на науката.

...

 

[orlogin]

Здравейте!

Поздравления за организаторите на форума и участниците в него! Интересна тема!

Проф. Кирил Понамперума, за който lila_va пише, е бил директор на Лабораторията за химическа еволюция. Освен изброените елементи, които синтезира, той има още един принос към хипотезата за химическия произход на живота със синтез на аденозин трифосфат (АТФ), енергийната молекула на живота. През 1963 г. той синтезира АТФ, като за целта използва аденин, рибоза и етил метафосфат, облъчени с ултравиолетова светлина с дължина на вълната 290 nm. Тази дължина на вълната е в диапазона UV-B (280–315 nm), за който е доказано, че има най-силно проникване през слоевете на атмосферата.

Това са част от резултатите от експеримента:

 

Проф. Понамперума в лабораторията.

 

Тук е една историческа снимка на акад. Опарин и проф. Понамперума (около 1964 г.)

 

Според вас кога можем да очакваме създаването на изкуствен живот в лаборатория, след година, две, пет или повече?