Эволюционировала ли жизнь более одного раза? Исследователи приближаются к ответу

Эволюционировала ли жизнь более одного раза? Исследователи приближаются к ответу

Отметка времени: 1 июня 2023 г., 10:00

Из своего скромного происхождения жизнь заразила всю планету бесконечными прекрасными формами. Возникновение жизни — древнейшее биологическое событие, настолько древнее, что не осталось никаких явных доказательств, кроме существования самой жизни. Это оставляет много вопросов открытыми, и один из самых мучительных — сколько раз жизнь волшебным образом возникала из неживых элементов.

Возникла ли вся жизнь на Земле только один раз, или разные живые существа созданы из разных тканей? Вопрос о том, насколько сложно возникает жизнь, интересен не в последнюю очередь потому, что он может пролить некоторый свет на вероятность обнаружения жизни на других планетах.

Происхождение жизни — центральный вопрос современной биологии и, вероятно, самый сложный для изучения. Это событие произошло четыре миллиарда лет назад, и это произошло на молекулярном уровне, а это означает, что осталось мало ископаемых свидетельств.

Было предложено много живых начал, от неприятных первобытных супов до космоса. Но в настоящее время научный консенсус заключается в том, что жизнь возникла из неживых молекул в ходе естественного процесса, называемого абиогенезом, скорее всего, во тьме глубоководные гидротермальные источники. Но если жизнь возникла один раз, то почему не больше?

Что такое абиогенез?

Ученые предложили различные последовательные этапы абиогенеза. Мы знаем, что Земля была богата несколькими химическими веществами, такими как аминокислоты, разновидность молекул, называемых нуклеотидами или сахарами, которые являются строительными блоками жизни. Лабораторные эксперименты, такие как культовый Миллер-Юри эксперимент, показали, как эти соединения могут образовываться естественным образом в условиях, подобных ранней Земле. Некоторые из этих соединений также могли попасть на Землю вместе с метеоритами.

Затем эти простые молекулы объединились, чтобы сформировать более сложные, такие как жиры, белки или нуклеиновые кислоты. Важно отметить, что нуклеиновые кислоты, такие как двухцепочечная ДНК или ее одноцепочечная РНК— может хранить информацию, необходимую для построения других молекул. ДНК более стабильна, чем РНК, но, напротив, РНК может участвовать в химических реакциях, в которых соединение создает копии самого себя — самовоспроизведение.

Ассоциация Гипотеза «мира РНК» предполагает, что ранняя жизнь могла использовать РНК в качестве материала как для генов, так и для репликации до появления ДНК и белков.

Как только информационная система может создавать копии самой себя, вступает в действие естественный отбор. Некоторые из новых копий этих молекул (которые некоторые назвали бы «генами») будут иметь ошибки или мутации, и некоторые из этих новых мутаций улучшат способность к репликации. молекул. Поэтому со временем копий этих мутантов будет больше, чем других молекул, некоторые из которых будут накапливать в дальнейшем новые мутации, делая их еще более быстрыми и многочисленными, и так далее.

В конце концов, эти молекулы, вероятно, образовали липидную (жировую) границу, отделяющую внутреннюю среду организма от внешней, образуя протоклетки. Протоклетки могли концентрировать и лучше организовывать молекулы, необходимые для биохимических реакций, обеспечивая сдержанный и эффективный метаболизм.

Жизнь на повторе?

Абиогенез мог происходить неоднократно. Земля могла рождать самовоспроизводящиеся молекулы несколько раз, и, возможно, ранняя жизнь в течение тысяч или миллионов лет просто состояла из множества различных самовоспроизводящихся молекул РНК независимого происхождения, конкурирующих за одни и те же строительные блоки. Увы, из-за древнего и микроскопического характера этого процесса мы можем никогда не узнать.

Многие лабораторные эксперименты успешно воспроизводили различные этапы абиогенеза, доказывая, что они могли происходить более одного раза, но у нас нет уверенности в том, что они происходили в прошлом.

Связанный с этим вопрос может заключаться в том, возникает ли новая жизнь в результате абиогенеза, когда вы читаете это. Хотя это очень маловероятно. Ранняя Земля была бесплодна для жизни, а физические и химические условия были совсем другими. В настоящее время, если бы где-то на планете были идеальные условия для появления новых самовоспроизводящихся молекул, они были бы незамедлительно поглощены существующей жизнью.

Что мы действительно знаем, так это то, что все существующие живые существа произошли от одного общего последнего универсального общего предка жизни (также известного как LUCA). Если и были другие предки, то они не оставили после себя потомков. Ключевые доказательства подтверждают существование LUCA. Вся жизнь на Земле использует один и тот же генетический код, а именно соответствие между нуклеотидами в ДНК, известными как A, T, C и G, и аминокислотой, которую они кодируют в белках. Например, последовательность трех нуклеотидов ATG всегда соответствует аминокислоте метионину.

Однако теоретически между видами могло быть больше вариантов генетического кода. Но вся жизнь на Земле использует один и тот же код с небольшими изменениями в некоторых линиях. Биохимические пути, такие как те, которые используются для метаболизма пищи, также подтверждают существование LUCA; многие независимые пути могли развиться у разных предков, но некоторые из них (например, используемые для метаболизма сахаров) являются общими для всех живых организмов. Точно так же сотни идентичных генов присутствуют у разных живых существ, что можно объяснить только тем, что они унаследованы от LUCA.

Моя любимая поддержка LUCA исходит от Древа Жизни. Независимые анализы, в некоторых из которых использовались анатомия, метаболизм или генетические последовательности, выявили иерархическую модель родства, которую можно представить в виде дерева. Это показывает, что мы больше связаны с шимпанзе, чем с любыми другими живыми организмами на Земле. Шимпанзе и мы больше связаны с гориллами, а вместе с орангутангами и так далее.

Вы можете выбрать любой случайный организм, от салата в вашем салате до бактерий в вашем биоактивном йогурте, и, если вы отправитесь в прошлое достаточно далеко, вы разделите реальный общий предок. Это не метафора, а научный факт.

Это одна из самых ошеломляющих концепций в науке, дарвиновское единство жизни. Если вы читаете этот текст, значит, вы здесь благодаря непрерывной цепи репродуктивных событий, уходящей в прошлое на миллиарды лет. Как ни увлекательно думать о жизни, неоднократно возникающей на нашей планете или где-либо еще, еще более увлекательно знать, что мы связаны со всеми живыми существами на планете.Беседа

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Изображение Фото: Джованни Канчеми / Shutterstock.com

Отметка времени:

Больше от Singularity Hub