Nesprávili jsme se o původu života po dobu 90 let

Waldemar Matuška - Sbohem lásko (1969) (Červenec 2019).

Anonim

Již téměř devět dekád je oblíbeným přírodním vysvětlením původu života "prvotní polévka". To je myšlenka, že život začal ze série chemických reakcí v teplém rybníku na povrchu Země, vyvolané vnějším zdrojem energie, jako je blesk nebo ultrafialové (UV) světlo. Nedávný výzkum však dodává váhu alternativnímu myšlení, že život v hlubokém oceánu vznikl v teplých, skalních strukturách nazývaných hydrotermální průduchy.

Studie zveřejněná minulý měsíc v Nature Microbiology naznačuje, že poslední obyčejný předchůdce všech živých buněk krmených vodíkovým plynem v horkém prostředí bohatém na železo, podobně jako v průduchů. Advokáti konvenční teorie byli skeptičtí, že tato zjištění by měla změnit náš názor na původ života. Hypotéza hydrotermální ventilace, která je často popisována jako exotická a kontroverzní, vysvětluje, jak živé buňky vyvíjely schopnost získat energii způsobem, který by prostě nebyl možný v prapůvodní polévce.

Podle konvenční teorie se údajně začal život, když blesk nebo UV paprsky způsobily, že se jednoduché molekuly spojily do složitějších sloučenin. To vyvrcholilo vytvářením molekul, které uchovávají informace podobné naší vlastní DNA, umístěné uvnitř ochranných bublinek primitivních buněk. Laboratorní pokusy potvrzují, že v těchto podmínkách mohou být skutečně vytvořeny stopové množství molekulárních stavebních bloků, které tvoří proteiny a molekuly uchovávající informace. Pro mnohé se původní polévka stala nejschůdnějším prostředím pro vznik prvních živých buněk.

Život však není jen o replikaci informací uložených v DNA. Všechny živé věci se musí reprodukovat, aby přežily, ale replikace DNA, shromažďování nových proteinů a budování buněk od nuly vyžaduje obrovské množství energie. Jádrem života jsou mechanismy získávání energie z prostředí, její ukládání a průběžné přenášení do klíčových metabolických reakcí buněk.

Odkud pochází tato energie a jak se to může dostat, můžeme nám říct hodně o univerzálních zásadách, které řídí evoluci a původ života. Nedávné studie stále více naznačují, že primordiální polévka nebyla správným druhem prostředí pro řízení energetiky prvních živých buněk.

Je to klasická učebnice, že veškerý život na Zemi je poháněn energií dodávanou sluncem a zachycena rostlinami nebo extrahována z jednoduchých sloučenin, jako je vodík nebo metan. Daleko méně známo je skutečnost, že celý život využívá tuto energii stejným a zcela zvláštním způsobem.

Tento proces funguje trochu jako hydroelektrická přehrada. Namísto přímého napájení hlavních metabolických reakcí buňky využívají energii z potravy k čerpání protonů (kladně nabitých atomů vodíku) do zásobníku za biologickou membránou. Toto vytváří to, co je známé jako "koncentrační gradient" s vyšší koncentrací protonů na jedné straně membrány než jiné. Protony pak proudí zpět přes molekulární turbíny vložené do membrány, stejně jako voda protékající hrází. Toto generuje sloučeniny s vysokou energií, které se pak používají k napájení zbytku činnosti buňky.

Život by se mohl vyvíjet, aby využil libovolné množství zdrojů energie dostupných na Zemi, od tepla nebo elektrických výbojů k přirozeně radioaktivním rudám. Místo toho jsou všechny formy života řízeny rozdílnými koncentracemi v protonu v membránách buněk. To naznačuje, že nejdříve živé buňky shromáždily energii podobným způsobem a že život sám vznikl v prostředí, ve kterém byly protonové gradienty nejvíce dostupným zdrojem energie.

Vent hypotéza

Nedávné studie založené na sadách genů, které byly pravděpodobně přítomny v prvních živých buňkách, odkryjí původ života zpět do hlubokomořských hydrotermálních větracích otvorů. Jedná se o porézní geologické struktury vytvářené chemickými reakcemi mezi pevnými horninami a vodou. Alkalické tekutiny ze zemské kůry protékají průduchy směrem k kyselější oceánské vodě a vytvářejí přirozené rozdíly v koncentraci protonu, které jsou pozoruhodně podobné rozdílu, které napájí všechny živé buňky.

Studie naznačují, že v nejranějších stádiích evoluce života byly chemické reakce v primitivních buňkách pravděpodobně poháněny těmito nebiologickými protonovými gradienty. Buňky se později dozvěděly, jak vyrábět vlastní přechody a unikly větrám, aby kolonizovaly zbytek oceánu a nakonec i planetu.

Zatímco zastáncové teorie prvotní polévky tvrdí, že elektrostatické výboje nebo ultrafialové záření Slunce vedly k životu první chemické reakce, moderní život není poháněn žádným z těkavých zdrojů energie. Místo toho je jádrem produkce energie v životě iontové gradienty přes biologické membrány. V teplých rybnících prastarého vývaru na povrchu Země se nemohlo objevit nic podobného vzdáleného. V těchto prostředích mají chemické sloučeniny a nabité částice tendenci rovnoměrně zředit místo vytváření gradientů nebo nerovnovážných stavů, které jsou tak zásadní pro život.

Hlubokomorské hydrotermální větrací otvory představují jediné známé prostředí, které mohlo vytvořit složité organické molekuly se stejným druhem zařízení využívajících energii jako moderní buňky. Hledání původu života v prvotní polévce mělo smysl, když se o univerzálních zásadách energetické energie v životě vědělo jen málo. Ale jak se naše znalosti rozšiřují, je načase přijmout alternativní hypotézy, které uznávají důležitost energetického toku vedoucího k prvním biochemickým reakcím. Tyto teorie plynule překonávají mezeru mezi energií živých buněk a neživými molekulami.

menu
menu