Происхождение жизни: обзор последних данных по реконструкции первых организмов и их среды обитания
Видеоканал нашей кафедры на YouTube пополнился новым видеоматериалом. Мы разместили лекцию Армена Яковлевича Мулкиджаняна «Происхождение жизни: обзор последних данных по реконструкции первых организмов и их среды обитания», которая была прочитана в рамках семинара «Вопросы эволюции».
В лекции рассмотрены последние работы по «биологической», «химической» и «геологической» реконструкции условий и движущих сил возникновения жизни на Земле. Армен Яковлевич Мулкиджанян рассказал о гипотезах, рассматривающих альтернативы морской воде, как колыбели жизни. Одной из обсуждаемых альтернатив являются бескислородные геотермальные поля древней Земли.
Методы сравнительной геномики позволили идентифицировать набор примерно из 60 белков, имеющихся у всех клеточных организмов. Cуществование подобного набора свидетельствует о том, что у всех клеточных организмов существовал общий предок. Мы проверили, в каких неорганических ионах нуждаются эти самые древние белки. Оказалось, что большинство из них катализирует реакции с участием фосфатов и что многим нужны ионы калия, магния, цинка и марганца.
Общеизвестно, что в цитоплазме клеток калия гораздо больше, чем натрия. Этот избыток калия внутри клетки важен для работы многих ферментов, в первую очередь, для синтеза белка. В морской воде в 40 раз больше ионов натрия, чем калия, так что морские организмы тратят уйму энергии на откачку «подтекающих», ненужных ионов натрия наружу. Судя по всему, отличный от морской воды химический состав цитоплазмы не является более поздним «приобретением»; калий был нужен уже для функционирования ферментов самых первых клеток с ещё полупроницаемыми мембранами. То, что без калия эти ферменты не работают, показывает, что эти первые клетки жили в среде, в которой калия было больше, чем натрия.
Исследование условий, способствующих образованию биомолекул, показало, что синтез азотистых оснований легко идет в концентрированных растворах формамида. Поскольку формамид и другие простые амиды кипят при 200°С, их накопление могло происходить при испарении воды. Абиогенный синтез сахаров, в первую очередь, рибозы, как оказалось, требует больших концентраций бората и специфически катализируется соединениями молибдена.
Очевидно, что океанская вода не могла обеспечить условия ни для абиогенного синтеза биомолекул, ни для существования первых клеток. Альтернативной средой могут быть бескислородные геотермальные поля древней Земли, где пар и вулканические газы вырывались на поверхность недавно образовавшихся континентов, конденсируясь на поверхности. Газовая фаза даже современных геотермальных систем специфически обогащена ионами калия, фосфата, бората, молибдена и цинка. Поэтому лужицы, образуемые таким паровым конденсатом, выстланные каталитически активными минералами и освещенные несущим энергию солнечным светом, могли служить подходящими местами для возникновения жизни.