Рождение живого из неживого: 100-летняя идея Опарина (эволюция коацерватных

alex_rozoff — 17.12.2021 Идею предбиологической (химической) эволюции в архейском океане, богатом разнородной органикой, образовывавшей коллоидные растворы выдвинул около 100 лет назад Александр Опарин (1894–1980). Идея была впервые представлена в докладе "происхождение жизни" 3 мая 1924 года.
Выглядела она вкратце так: "Первоначально высокомолекулярные соединения находились в воде морей и океанов в виде коллоидных растворов. Однако в дальнейшем, в результате смешения неодинаковых коллоидных растворов, происходило выделение этих веществ в виде особых так называемых коацерватных капелек. В коацерватных каплях образующие их вещества резко отграничены ясно выраженной поверхностью от самого растворителя (воды) и не смешиваются с ним. каждая капелька обладает определенной элементарной структурностью. Капелька может абсорбировать те или иные органические и неорганические вещества из окружающей среды и расти за счет этого поступления веществ. Одновременно внутри капельки происходят и процессы распада. Коацерватные капли обладают индивидуальностью, которая выражается в особенностях внутренней структуры. Благодаря этому процессы восприятия веществ и распада у разных капелек могут идти по-разному; одни капли в этом отношении более, другие менее устойчивы.
Легко представить, как в первичном океане возникли такие коацерватные капли, плавающие в растворе разнообразных органических и неорганических веществ. Одни из капель оказались более приспособленными (благодаря своей структуре) к процессам абсорбции веществ из окружающей среды, более устойчивыми, так как «усвоение» веществ у них шло быстрее, чем распад."*.
...Теперь переходим к современности: к недавнему японскому эксперименту


Рис. 1. Схема работы искусственной системы, имитирующей репликацию и эволюцию в живых клетках. А — общая схема эксперимента. Б — схема репликации и рекомбинации искусственного «генома» в сопряжении с транскрипцией и трансляцией на уровне индивидуальных молекул, обеспечивающими реализацию самопроизвольной эволюции последовательности ДНК в ряду «поколений». Подробности в тексте. Рисунок из обсуждаемой статьи в ACS Synthetic Biology.
...
Японским ученым удалось создать предельно простую систему, воспроизводящую некоторые базовые свойства клеточной жизни — способность к самовоспроизводству и эволюции на основе дарвиновского механизма отбора. В этой системе присутствует искусственный «геном» (кольцевая ДНК), который размножается посредством репликации и рекомбинации. «Геном» содержит гены, которые кодируют ферменты, обеспечивающие эти два процесса (ДНК полимеразу фага phi29 и рекомбиназу Cre). Транскрипция и трансляция этих генов осуществляется готовым коктейлем ферментов и низкомолекулярных соединений, добавляемым в систему в каждом раунде репликации. Реакции протекают в искусственно формируемых микрокомпартментах — капельках водно-масляной эмульсии, что обеспечивает необходимое условие для конкуренции и адаптивной эволюции «генома». Мутации, накопившиеся в кодирующих и некодирующих участках «генома» за 30 раундов (поколений) самовоспроизводства, повысили эффективность репликации в системе за счет нескольких установленных в ходе исследования механизмов.
Создание искусственной системы, воспроизводящую свойства живой клетки, — одна из амбициозных задач на стыке химии и биологии, которые ставит перед собой современная наука. Эта задача представляет интерес в первую очередь в контексте стремления понять процесс возникновения первых живых клеток из неживой материи. Ведь, как говорил Ричард Фейнман «чего не могу воссоздать, того не понимаю». Во вторую очередь важен потенциал практического использования (а как же!) таких искусственных систем в качестве фабрик по эффективной продукции чего-нибудь полезного человечеству.**

Экспериментальное подтверждение быстрой эволюции в простейшей системе из двух геномов, кодирующих два фермента - показывает приблизительно ту область перехода от структурно-химической эволюции к ранней биологической эволюции.
Разумеется, возможность создания и эволюционного улучшения синтетических квазибиологических форм (о котором сказано выше в статье) - это важный момент для биотехнологии будущего.
Однако, не менее важен методический вывод для ксенобиологии. Скорее всего, жизнь в той или иной форме возникает везде (на любой планете), где по физико-химическим условиям образуются водные коллоидные растворы разнородной органики.

...Такие дела...
----------------------------------
*) Изложение теории Опарина
Е. А. ВЕСЕЛОВ, ДАРВИНИЗМ, Москва, "Государственное учебно-педагогическое издательство Министерства просвещения РСФСР", 1960
https://www.amgpgu.ru/Evolution/Lectures/Life/Wesselov.html
27.11.2018 Коацерватные капли – как живые. Игорь Лалаянц
**) 09.12.2021 Искусственный геном из двух генов успешно самовоспроизводится и эволюционирует. ТАТЬЯНА РОМАНОВСКАЯ

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив