Как градивните елементи на живота идват от космоса към Earth ScienceBlog

The Поставянето на въпроса за произхода на живота на земята е един от основните въпроси в науката. Астрономите от университета Макмастър и Института по астрономия Макс Планк (MPIA) са изчислили съгласуван сценарий за произхода на живота на земята въз основа на астрономически, геоложки, химически и биологични модели [1]. Дмитрий Семенов и Томас Хенинг от MPIA описват този сценарий, при който животът се е формирал само няколкостотин милиона години след като земната повърхност се е охладила достатъчно, за да съществува течна вода. Основните градивни елементи за живота са се образували в космоса по време на формирането на Слънчевата система и са отложени на земята от метеорити в малки, топли водоеми. *

Как е възникнал първият живот на земята преди около четири милиарда години е един от най-големите въпроси в науката. Нови резултати от изследователи от университета Макмастър (Хамилтън, Канада) и Института по астрономия Макс Планк предполагат, че метеоритите може да са играли ключова роля в това. Тези тела се приземиха в топли малки водоеми на земята (Фигура 1) и отложиха там органични вещества, които позволиха появата на живот под формата на самовъзпроизвеждащи се молекули на РНК [1].

космоса

Заключенията на астрономите се основават на модел, който обобщава днешните познания за формирането на планети, геологията, химията и биологията - изчисления, които подобряват познанията ни за геологията на ранната Земя, химичните условия, свойствата на участващите молекули и астрономическата информация за свойствата на Свържете метеоритите и междупланетния прах помежду си. Фактът, че такъв количествен анализ вече е възможен за първи път, е благодарение на напредъка в много области: от микробиологията до търсенето на екзопланети до наблюденията на планетарни разсадници в близост до други звезди.

Може би най-интересният резултат от изчисленията е, че животът вероятно е възникнал сравнително рано: само няколкостотин милиона години след като земята се е охладила достатъчно, за да позволи течни повърхностни води като езера или океани. Тогава много повече метеорити удрят земята, отколкото днес.

Досега всъщност никой не беше правил тези изчисления. Тъй като новият модел включва толкова много резултати от толкова много различни области, невероятно е, че всичко е толкова последователно свързано. Всяка стъпка от модела естествено доведе до следващата. Фактът, че в крайна сметка се появи ясна картина, е ясна индикация, че сценарият не може да бъде толкова грешен.

За да разберем произхода на живота, трябва да разберем земята такава, каквато е била преди милиарди години. Както показва изследването на Института Макс Планк, астрономията дава важна част от отговора. Подробностите за формирането на нашата Слънчева система имат преки последици за зараждането на живота на земята.

Новата работа подкрепя хипотезата, че животът е възникнал в малки топли води. (Между другото, изразът „малко топло езерце“ се връща към една от най-ранните спекулации за произхода на живота: писмо от Чарлз Дарвин до ботаника Джоузеф Хукър от 1871 г.) където плитките водоеми първо изсъхват и след това се пълнят отново с вода, химичните съставки са правилно концентрирани, което причинява връзки между нуклеотидите (градивни елементи на нуклеинови киселини, съставени от нуклеобази, фосфатни групи и остатъци от захар; бел. ред.) и по този начин образуването на по-дълги РНК вериги предпочитан. Изследователите успяха да покажат, че метеоритите са могли да транспортират достатъчно количество нуклеобази до хиляди такива водоеми на земята и по този начин да предизвикат образуването на самовъзпроизвеждащи се молекули на РНК в поне едно от тези водоеми. Фигура 2.

Въз основа на известните познания за формирането на планети и химията на Слънчевата система, изследователите на MPIA са предложили последователен сценарий за произхода на живота на земята. Те предоставят правдоподобна физическа и химическа информация за условията, при които животът е могъл да възникне. Сега е ред на експериментаторите да разберат как всъщност е могъл да се развие животът при тези много специфични ранни условия.

Това в никакъв случай не е окончателен отговор на основния въпрос за произхода на живота на земята, но някои интересни възможни отговори се появиха през последните няколко десетилетия. Теория, разработена по-подробно през 80-те години, постулира един РНК свят: генетичната информация на висшите организми се съхранява в двойната спирала на молекулите на ДНК, но има и тясно свързани молекули, РНК (рибонуклеинова киселина), които играят видна роля в съвременните клетки . По-специално, те катализират определени химични реакции в клетките и са също толкова необходими за предаването на генетична информация, колкото и за синтеза на специфични протеини (декретите на правителството на клетките, така да се каже) въз основа на генетичния код. При някои вируси изобщо не се използва ДНК за съхраняване на генетичната информация; вместо това цялата информация се кодира във вирусна РНК.

[1] Бен К. Д. Пиърс, Ралф Е. Пудриц, Дмитрий Семенов, Томас К. Хенинг. Произход на РНК света: Съдбата на нуклеобазите в топлите малки водоеми. Proc. Нат. Акад. Sci, 114, 11327 (2017). Творбата е свободно достъпна на https://arxiv.org/pdf/1710.00434.pdf.

Преди няколко седмици авторите Бен К. Д. Пиърс (Университет Макмастър), Ралф Е. Пудриц (Университет Макмастър, Институт по астрономия Макс Планк и Център по астрономия към Хайделбергския университет) и Дмитрий Семенов и Томас К. Хенинг (и двамата Макс Планк -Институт по астрономия) е удостоен с престижната награда Cozzarelli от Националната академия на науките на САЩ за тази новаторска работа.