Биогенез

Вирусное происхождение отдельных компонентов эукариотической клетки не вызывает сомнения. Так, фермент теломераза происходит от обратной транскриптазы ретровирусов, а часть генетического аппарата митохондрий — ДНК- полимераза, РНК-полимераза и праймаза — от Т-четного бактериофага, встроенного в геном бактериального предка митохондрий. Однако есть и более радикальное мнение о роли вирусов в появлении эукариотической клетки — вирусная теория происхождения ядра.

Бактерии и археи населяют всю поверхность планеты, толщу и дно океанов и несколько километров земной коры. Однако рекорды размеров и сложности принадлежат другому домену живых организмов — эукариотам.

Теория «цинкового мира», среди прочего, легко и естественно объясняет расхождение линий бактерий и архей и появление их отличительных свойств. Ранее для их разделения предлагали географическую изоляцию, но сама по себе изоляция не создала бы таких фундаментальных различий.

В прошлом номере мы проследили происхождение геномной ДНК и механизмов ее репликации — от РНК-белкового мира до больших кольцевых молекул ДНК, составляющих геномы бактерий и архей. Попробуем теперь путем сравнения бактерий и архей узнать структуру мембран их общего предка.

В предыдущих статьях мы восстанавливали картину древних событий по косвенным данным, например по результатам химических экспериментов. Теперь мы переходим к строению протоорганизмов, к попыткам установить, каким мог быть последний общий предок, он же LUCA (Last Universal Common Ancestor). Этот вопрос отчасти доступен прямому изучению методами сравнительной геномики.

Неизвестны более простые варианты современной системы синтеза белка, тоже способные синтезировать белок, хотя бы с меньшей точностью и скоростью. Поэтому сторонники «теории разумного замысла» (современной версии креационизма, утверждающей, что системы «определенной сложности» не могли возникнуть без вмешательства Творца) считают белковый синтез одним из примеров системы, адаптивной только в полном виде, а ее развитие шаг за шагом — невозможным. Но ученые нашли следы постепенного происхождения компонентов этой сложной системы.

В прошлом номере мы по составу неорганических ионов в живых клетках проследили их происхождение из вод геотермальных источников и грязевых котлов. В этих же условиях среды найдены и возможные восстановители углекислого газа. Восстанавливать его нужно, чтобы затем синтезировать органические вещества, ведь скелет каждой органической молекулы, в том числе аминокислот, углеводов, липидов, составляют атомы углерода, когда-то входившие в состав CO₂.

В предыдущем номере мы выясняли, каким образом в природе мог происходить отбор «левых» аминокислот и «правых» моносахаридов, в первую очередь рибозы. Теперь переходим к следующему, не менее важному вопросу: почему в состав РНК и ДНК входят именно аденин, гуанин, цитозин и урацил/тимин, а не другие подходящие по размеру гетероциклические азотистые основания?

После опытов Миллера, о которых рассказывалось в предыдущем номере, были открыты и другие химические реакции, способные производить органику в условиях древней Земли. Одна из интенсивно изучаемых таких реакций — формозная реакция Бутлерова, открытая еще в 1865 году: водный раствор формальдегида с добавлением гидроксида магния или кальция при небольшом нагревании превращается в сложную смесь сахаров.

После успехов Пастера перед учеными встала задача: объяснить происхождение жизни, раз уж жизнь есть, а самозарождения в экспериментах не происходит.

В фантастике часто можно встретить описания кремнийорганической жизни или жизни, использующей фтороводород либо аммиак в качестве растворителя. Кремний действительно способен образовывать сложные молекулы с длинными цепочками и кольцами атомов. Такой же способностью обладает и бор, на который, насколько мне известно, фантасты не обращали внимания. Воду в качестве растворителя действительно могут заменить NH₃ и HF. Однако автор придерживается водно-углеродного шовинизма и собирается обосновать свою позицию при помощи ядерной физики.