Вопрос о происхождение жизни на Земле все еще остается нерешенным. Какой-либо сильной гипотезы, кроме теории абиогенеза, научный мир не может сформулировать уже несколько столетий. Теория абиогенеза гласит, что сложные пребиотические молекулы случайным образом образовали первые сложные органические комплексы. Они обладали способностью копировать себя, и таким образом размножаться. Так появились первые живые организмы. И все же. Как зародилась жизнь?
Два подхода к тому, как зародилась жизнь
В наши дни проблема происхождения первых живых организмов является темой активных научных исследований. Эти работы используют два подхода. Это прямой подход, изучающий характеристики пребиотических сред. И обратный – он изучает свойства существующих живых организмов. Эти подходы могут взаимодействовать между собой.
Типичным примером прямого подхода является эксперимент Миллера-Юри. А также многочисленные другие подобные эксперименты. В настоящее время уже накопилось достаточно много трудов, посвященных синтезу пребиотиков и протоклеток. Учеными установлено, что можно без труда получить много разнообразных органических молекул из простых предшественников. Таких, как вода, аммиак и метан. Среди них есть и биологически важные. Например аминокислоты и основания нуклеиновых кислот. В результате экспериментов ученые легко получали так называемый «изначальный суп».
Однако молекулам довольно сложно собраться в этом «супе» таким образом, чтобы образовать более крупные комплексы. Этот факт заставил исследователей задуматься о некоей «первичной пицце». По этой теории сложные молекулы возникли первоначально на минеральных поверхностях, которые могут действовать как катализаторы.
Обратный подход позволил добиться удивительного прогресса. Особенно если учесть большую сложность даже самых простых автотрофных организмов. Среди них встречаются растения, водоросли, цианобактерии и метаногены, которые могут жить независимо от других живых существ.
Кто был первым?
Клеточные организмы имеют довольно серьезную проблему курицы и яйца. Где «курица» – это белки, а «яйцо» – нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты должны быть построены с использованием белковых ферментов. А белки должны быть созданы на основе информации, закодированной в нуклеиновых кислотах. Последний Универсальный Общий Предок всех известных клеточных организмов имел все эти части: ДНК, РНК и белки. И как он появился – наука пока не знает.
Существует одна замечательная гипотеза о происхождении этой системы. Она стала любимой гипотезой многих исследователей ранней эволюции и происхождения жизни: мир РНК. Она решает проблему курицы и яйца, предполагая, что «курица» и «яйцо» идентичны: это РНК. Эта молекула одновременно работает как ген, и как фермент (рибозимы). РНК также использует различные другие молекулы в качестве коферментов. И некоторые из них являются аминокислотными цепочками. Чтобы создавать их, РНК-организм развил рибосомы. И в конечном итоге аминокислотные цепи (белки) приняли на себя многие функции ферментов РНК. Впоследствии в ходе эволюции возникла модифицированная форма РНК, которая была способна создавать точные копии себя, то есть передавать генетическую информацию: ДНК. И по сей день живые организмы используют РНК как строительные блоки для формирования ДНК.
Основная проблема этой гипотезы – это происхождение самой РНК. Небиологическим путем создать рибозу относительно сложно. И этот факт привел к предположениям, что пептидные нуклеиновые кислоты, а не РНК, возможно, были первой генетической молекулой. Так что прямой и обратный подходы исследований пока еще не пересеклись.