Источником энергии для древнейшей жизни мог служить ацетилфосфат

Рис. 1. Химические соединения, упоминаемые в статье (плюс метилтиоацетат, о котором раньше думали, что он превращается в ацетилфосфат, но это не подтвердилось). В соответствии с правилами упрощенного начертания органических формул, каждый уголок в каждой формуле соответствует атому углерода (C)

Рис. 1. Химические соединения, упоминаемые в статье (плюс метилтиоацетат, о котором раньше думали, что он превращается в ацетилфосфат, но это не подтвердилось). В соответствии с правилами упрощенного начертания органических формул, каждый уголок в каждой формуле соответствует атому углерода (C). Иллюстрация из обсуждаемой статьи в Origins of life and evolution of biospheres

Все без исключения живые клетки нуждаются в аденозинтрифосфате (АТФ) — веществе, молекулы которого служат главной «энергетической валютой» современной жизни. Однако АТФ — молекула довольно сложная, и маловероятно, что эволюция энергетических механизмов древнейшей жизни началась прямо с нее. Группа биохимиков во главе с известным английским ученым Ником Лейном считает, что на заре жизни главной «энергетической валютой» мог служить ацетилфосфат, молекула которого, устроенная гораздо проще, подходит на эту роль по ряду свойств.

Автотрофы или гетеротрофы?

В XX веке дискуссии о происхождении жизни были в основном чисто теоретическими. Знаменитый эксперимент Миллера — Юри, доказавший возможность самопроизвольного синтеза компонентов белков из простых молекул, так и остался блестящим, но по большому счету единичным достижением; других же источников новых данных на протяжении многих десятилетий просто не было (разве что исследования химического состава углистых метеоритов, но они тогда по разным причинам «не делали погоды» в науке). Оставалось только рассуждать. И одним из любимых предметов рассуждений в ту пору стал вопрос: были ли самые первые живые существа автотрофными или гетеротрофными?

Как известно, гетеротрофными называются организмы, которым для выживания необходимы готовые органические вещества (например, сахара, аминокислоты или спирты). Автотрофныe же организмы могут совершенно самостоятельно синтезировать органические вещества из очень простых молекул — как правило, из углекислого газа. Вопрос в том, какой из этих двух типов обмена веществ появился первым.

В XX веке преобладало мнение, что первые живые существа были гетеротрофами. Предполагалось, что они питались так называемым «первичным бульоном» — растворенной в воде органикой, которая в избытке образовалась на древней Земле в результате процессов, частично смоделированных в том самом знаменитом эксперименте Миллера. И только потом появились автотрофы, освоившие достаточно сложную «технологию» самостоятельного синтеза органики из углекислоты. Правда, в противовес этому иногда рассматривалась идея, что автотрофный и гетеротрофный способы жизни должны были возникнуть строго одновременно, потому что иначе не удалось бы замкнуть глобальный круговорот углерода (см. К. Ю. Еськов, 2000. «История Земли и жизни на ней»). Ведь на современной Земле концентрация углекислоты остается относительно постоянной именно благодаря одновременному существованию автотрофов и гетеротрофов: первые расходуют углекислый газ на строительство сложных молекул, зато вторые — выдыхают его, возвращая в атмосферу.

В XXI веке все эти общие рассуждения отошли на второй план. И неудивительно: ведь в начале нашего века наука о происхождении жизни буквально пережила второе рождение. На страницы научных журналов — так и хочется добавить: «на глазах у изумленной публики» — хлынул поток совершенно новых фактов, открытых частью в ходе химических экспериментов (см., например: Химики преодолели главное препятствие на пути к абиогенному синтезу РНК, «Элементы», 18.05.2009), а частью в результате чтения геномов разных современных живых существ (см., например: Расширение белковой вселенной продолжается, «Элементы», 24.05.2010). Тем самым на многие (хотя, конечно, и не на все) важные вопросы стало возможно получать чисто документальные ответы. Уже отмечалось, что совокупность геномов ныне живущих организмов обладает свойствами самой настоящей летописи, хранящей множество следов исторических событий внутри некой упорядоченной многослойной структуры (см. Архаичные гены костных ганоидов разнообразнее, чем у более молодых групп позвоночных, «Элементы», 11.07.2016). Причем глубина этой «летописи» измеряется миллиардами лет — а значит, в ней в принципе можно найти ответы и на вопросы, касающиеся происхождения жизни. Надо только, чтобы эти вопросы задавались грамотно.

Вот пример такого грамотного вопроса: какой тип обмена веществ был у общего предка всех современных живых клеток — у безусловно реально существовавшего организма, который в современной научной литературе обычно называется LUCA? Это сокращение расшифровывают двумя способами: Last universal common ancestor (последний универсальный общий предок) или Last cellular common ancestor (последний клеточный общий предок); второй вариант точнее, но употребляется почему-то реже. Так или иначе, прямо «от Луки» все клеточные организмы разделились на два гигантских эволюционных ствола, которые называются бактериями и археями (рис. 2). В дальнейшем союз между представителями этих стволов породил еще и эукариот, но то было довольно позднее эволюционное событие, уже не имевшее к происхождению жизни прямого отношения.

Рис. 2. Место «Луки» на эволюционном древе

Рис. 2. Место «Луки» на эволюционном древе. Иллюстрация из статьи: M. Weiss et al., 2016. The physiology and habitat of the last universal common ancestor

«Лука» же, напротив, для любой теории происхождения жизни крайне важен. Правда, надо иметь в виду, что появление «Луки» было не началом процесса возникновения жизни, а скорее уж наоборот — его концом. Но предыдущие этапы биогенеза не оставили четких генетических следов, поэтому разобраться в них намного сложнее (о том, что на эту тему все-таки известно, подробно рассказывается в книге Михаила Никитина «Происхождение жизни»). А вот от генома «Луки» осталось достаточно много, и у нас есть возможность получить о нем кое-какие точные данные.

LUCA — свидетель первой жизни

Итак, что мы знаем о «Луке»? Прежде всего, у него совершенно точно был аппарат трансляции, примерно такой же, как и у всех без исключения современных живых клеток. Трансляция — это процесс синтеза белка по заданной нуклеотидной последовательности, для которого нужны рибосомы, транспортные РНК и несколько десятков специальных белков. Уже довольно давно известно, что у «Луки» всё это было. Именно поэтому у всех современных живых организмов аппарат трансляции однотипен: он унаследован от общего предка.

А вот какой у «Луки» был обмен веществ? Был он гетеротрофом или автотрофом? Иными словами, питался ли он готовой органикой, или в качестве источника углерода ему хватало простой углекислоты?

В 2016 году вышла весьма интересная статья, авторы которой попытались ответить на этот вопрос, основываясь на «генетической летописи» (M. Weiss et al., 2016. The physiology and habitat of the last universal common ancestor). В списке авторов этой статьи на последнем месте, которое в современных публикациях традиционно отводится главному теоретику и вдохновителю всего исследования, стоит имя Уильяма Мартина (William Martin), биолога, известного своими смелыми, но серьезно обоснованными идеями о ранней эволюции жизни.

Работа Мартина и его сотрудников была довольно сложной. Казалось бы, в наше время задача реконструкции общего предка свелась к чистой технике: количество полностью прочитанных геномов разных организмов сейчас измеряется уже тысячами (см., например: Полностью прочитанных геномов животных уже больше двухсот, «Элементы», 30.12.2015), всего-то и остается взять как можно больше геномов как архей, так и бактерий и сравнить их, воспользовавшись давно разработанными алгоритмами выравнивания. Гены, которые окажутся у архей и бактерий общими, должны быть унаследованы от их общего предка, то есть от того самого «Луки».

К сожалению, на самом деле всё далеко не так просто. Фундаментальная проблема, крайне усложняющая подобные исследования, связана с процессом, который называется горизонтальным переносом генов (ГПГ). И бактерии, и археи вполне могут передавать друг другу отдельные гены не «по вертикали», то есть от родителей к детям, а «вбок» — просто от соседа к соседу. Есть несколько механизмов такого переноса, и хорошо известно, что он возможен даже между самыми далекими родственниками. Поэтому даже если некий ген найден одновременно у бактерий и у архей — вполне возможно, что на самом-то деле он возник только в одной из этих групп, а вторая получила его путем ГПГ. И тогда «Лука» вообще ни при чем: у него этого гена не было.

Чтобы минимизировать эту вероятность, группа Мартина приняла решение учитывать только те гены, которые есть одновременно не менее чем в двух разных группах бактерий и не менее чем в двух разных группах архей. Стопроцентной гарантии, что горизонтальный перенос не внес помех, это не дает, но надежность результатов все-таки повышает. Применив этот подход, исследователям удалось выделить 355 белков (и соответствующих им генов), которые, вероятно, были у «Луки». О чем же они свидетельствуют?

Прежде всего, некоторые выявленные гены (около 30 штук) связаны с механизмом трансляции, который был унаследован от «Луки» всеми живыми клетками без принципиальных изменений. Это — вполне ожидаемый результат, который работа группы Мартина только подтвердила. В данном случае ученых больше интересовали другие гены — те, что имеют отношение к обмену веществ, или, говоря одним словом, к метаболизму.

Обзор этих генов позволил сделать несколько важных выводов. Прежде всего, нет никаких свидетельств, что у «Луки» были ферменты, нужные для гетеротрофного питания. Это означает, что — вопреки всем рассуждениям на эту тему — гетеротрофом «Лука» не был.

А вот ферменты для автотрофного питания (точнее, кодирующие их гены) в реконструированном геноме «Луки» есть! Правда, это совсем не та автотрофность, которую мы обычно видим вокруг себя. Главные автотрофы в привычном человеку мире — зеленые растения, которые захватывают из атмосферы углекислый газ и с помощью энергии света синтезируют из него сахар. Такой способ питания называется фотоавтотрофным. «Лука» им не владел. Он был хемоавтотрофом — организмом, способным синтезировать из углекислоты сложные молекулы с помощью энергии неорганических химических реакций (свет тут не нужен). В наше время хемоавтотрофным способом питаются многие бактерии и археи, причем их химические источники энергии довольно разнообразны. Каким же из них пользовался «Лука»?

Уильям Мартин и его коллеги считают вероятным, что «Лука» был или метаногеном, или ацетогеном. Это два близких друг к другу типа метаболизма, которые сохраняются и у некоторых современных микробов (первый — у метаногенных архей, второй — у клостридий). И метаногены, и ацетогены используют в качестве источника питания углекислый газ (CO2), из которого они с помощью водорода (H2) получают или метан (CH4), или уксусную кислоту (CH3COOH). В ходе эволюции один из этих типов обмена веществ мог легко превратиться в другой, потому что ключевые реакции в них общие. Ферменты, обеспечивающие эти ключевые реакции, как раз и были у «Луки».

Проблема источника углерода

Захват живыми организмами небольших молекул (в первую очередь многократно упомянутого углекислого газа) с целью включения их в обмен веществ принято называть фиксацией. Например, зеленые растения постоянно фиксируют углекислоту, используя ее для синтеза сахаров и других сложных молекул. На самом деле существует несколько разных биохимических механизмов фиксации углекислоты, самый древний из которых называется путем Вуда — Льюнгдаля. Это единственный способ фиксации углекислоты, который есть и у бактерий, и у архей. Именно на пути Вуда — Льюнгдаля основан метаболизм как метаногенов, так и ацетогенов. Неудивительно, что ферменты, обеспечивающие этот биохимический путь, отлично представлены в реконструированном геноме «Луки». Можно уверенно предположить, что этим механизмом фиксации углекислого газа пользовался общий предок всех современных живых клеток.

Путь Вуда — Льюнгдаля заканчивается образованием химического соединения, которое называется ацетилкофермент А, или просто ацетил-КоА (рис. 1). Эта довольно сложная на первый взгляд молекула, по сути, представляет собой просто-напросто двухуглеродный остаток уксусной кислоты (CH3–CO–), посаженный на органический переносчик. В свою очередь, из ацетил-КоА можно относительно легко получить различные карбоновые кислоты — очень нужные живым организмам вещества (они, в частности, формируют важнейшую цепочку биохимических реакций, которая называется циклом Кребса).

Могла ли подобная система реакций — тогда еще не биохимических, а просто химических, — послужить основой древнейшей преджизни? Это совсем не исключено. Известно, например, что многие белки, задействованные в процессе превращения углекислого газа и водорода в ацетил-КоА, содержат железосерные (или никель-железосерные) кластеры — наночастицы минералов, причем именно тех, которые, по некоторым гипотезам, должны были накапливаться в подходящих для зарождения первой жизни геотермальных источниках. Вряд ли это чисто случайное совпадение.

Тут, однако, сразу намечается ряд проблем. Начнем с «позитивного» вывода: упомянутые выше карбоновые кислоты могут служить исходным материалом для синтеза биологически активных соединений, причем очень разнообразных — аминокислот, нуклеотидов, углеводов, липидов. Ну а из аминокислот и нуклеотидов, в свою очередь, можно «собрать» белки и нуклеиновые кислоты — сложные молекулы, без которых немыслима живая клетка. Получается цепочка: углекислый газ и водород — путь Вуда — Льюнгдаля — ацетил-КоА — цикл Кребса — карбоновые кислоты — нуклеотиды и аминокислоты — нуклеиновые кислоты и белки. Когда развивающаяся преджизнь освоила всю эту последовательность, она превратилась в настоящую жизнь, не так уж и сильно отличающуюся от современной.

Проблема же состоит в том, что эта цепочка — химическая. Все переходы между ее звеньями соответствуют химическим реакциям, которые должны были где-то и как-то запуститься. Надо помнить, что в химии это обставлено строгими условиями. Каждая реакция (а их тут на самом деле гораздо больше, чем можно подумать по нашему краткому перечислению) в некотором смысле подобна мостику, по которому надо перейти, чтобы стало возможным всё дальнейшее.

Этап, где химический «мостик» проваливается, — это переход от конечных продуктов цикла Кребса (карбоновые кислоты) к более сложным биогенным молекулам (нуклеотиды, аминокислоты, углеводы, липиды). Дело в том, что карбоновые кислоты — вещества с биохимической точки зрения относительно пассивные. В те реакции, которые нужны для образования аминокислот и прочего, они вступают неохотно. У живых клеток есть способ решения этой проблемы: они предварительно активируют карбоновую кислоту, превращая ее или в эфир фосфорной кислоты, или в тиоэфир — эти соединения гораздо более реакционноспособны, и из них легче получить «целевой продукт». Но современные клетки осуществляют такие превращения с помощью ферментов — сложных белков, для синтеза которых нужен уже существующий геном и рибосомы. А вот у древней преджизни ничего этого не было.

Есть серьезные основания полагать, что древняя преджизнь вообще синтезировала сложные молекулы (такие, как нуклеотиды) принципиально иными путями, не имевшими с вышеописанной цепочкой ничего общего. В начале XXI века химики-синтетики стали получать по этой теме поразительные данные — причем это отнюдь не «кабинетные спекуляции», а результаты воспроизводимых экспериментов (см., например: Химики преодолели главное препятствие на пути к абиогенному синтезу РНК, «Элементы», 18.05.2009). Оказалось, что с чисто химической точки зрения синтез нуклеотидов вполне может идти самопроизвольно на основе очень простых молекул — цианида (HC≡N), цианамида (NH2–C≡N), цианоацетилена (HC≡C–C≡N), формамида (HCO–NH2) и некоторых других. Нужно только, чтобы на компоненты реакций действовало ультрафиолетовое излучение, но уж с этим на древней Земле проблем точно не было.

Однако английского биохимика Ника Лейна (Nick Lane) и его коллег не вполне устраивает такое объяснение. Отдавая должное блистательным достижениям химиков-синтетиков, они тем не менее подчеркивают, что современная земная жизнь никогда не использует цианид как источник углерода или азота. Это означает, что предполагаемые древние биохимические пути, основанные на цианиде, и реальные современные биохимические пути, основанные на ацетил-КоА, разделены пропастью, которая пока ничем не перекрыта. И, таким образом, «возникновение биохимии из геохимии остается нерешенной проблемой» (цитата из обсуждаемой статьи Лейна с соавторами).

Молекула-кандидат: поиск...

Лейн и его коллеги считают более вероятным, что древнейшая жизнь с самого начала использовала в качестве источника углерода не цианид, а углекислый газ (которого было предостаточно в атмосфере Земли). Это хорошо согласуется с современными данными о метаболизме «Луки» и о железосерных кластерах в белках. Но, как мы видели, на пути этой версии возникают кое-какие химические препятствия. Чтобы понять, как зарождающаяся жизнь могла бы их обойти, стоит еще раз взглянуть на картину в целом.

Обмен веществ всех без исключения современных живых организмов строится вокруг двух очень важных соединений. Одно из них — это аденозинтрифосфат (АТФ), молекула, служащая универсальным внутриклеточным источником энергии. Второе — уже упоминавшийся ацетил-КоА. Надо сказать, что и АТФ, и ацетил-КоА — это довольно-таки сложные молекулы, для «сборки» которых живым клеткам требуется набор ферментов, то есть белков, кодируемых специальными генами. Молекула АТФ состоит из пяти химических компонентов (аденин, рибоза и три остатка фосфорной кислоты), а в молекуле ацетил-КоА компонентов, по такому же счету, целых восемь. В общем, вряд ли именно эти молекулы послужили химической основой древней преджизни.

При этом нет сомнений, что жизненно важные функции как АТФ (перенос энергии), так и ацетил-КоА (перенос остатка уксусной кислоты, в котором всего-то два углеродных атома) вполне могли бы быть выполнены и молекулами, устроенными гораздо проще. И, конечно, возникает огромный соблазн попытаться угадать, что за молекулы могли раньше делать эту работу.

Ник Лейн и его коллеги предлагают присмотреться к ацетилфосфату. Это соединение считается одним из вероятных участников древнейших «протометаболических циклов», которые предшествовали становлению полноценной жизни (см., например: J. E. Goldford et al., 2017. Remnants of an ancient metabolism without phosphate). Молекула ацетилфосфата содержит всего лишь два атома углерода. Состоит она из остатков уксусной и фосфорной кислот, соединенных хорошо знакомой химикам сложноэфирной связью. Ацетилфосфат присутствует в обмене веществ современных организмов (и бактерий, и архей). Расщепляясь до уксусной и фосфорной кислот, его молекула выделяет энергию примерно так же, как молекула АТФ. Отсюда — один шаг до предположения, что когда-то эти молекулы были взаимозаменяемы. Ацетилфосфат достаточно прост (с точки зрения химии) и в то же время достаточно функционален (с точки зрения биологии), чтобы послужить промежуточным звеном между гео- и биохимией.

Против этой гипотезы часто возражают, указывая на то, что молекула ацетилфосфата недостаточно устойчива. На этом возражении интересно остановиться: дело в том, что Ник Лейн считает его неверным чисто методологически. Как уже говорилось, в старину (то есть в XX веке) среди биологов господствовала «гетеротрофная» теория происхождения жизни — предполагалось, что органические молекулы век за веком накапливались в первичном бульоне до тех пор, пока в результате перебора более или менее случайных комбинаций из них не сложилось что-то качественно более сложное. Для такой модели долговременная устойчивость органических молекул действительно важна. Если же принять «автотрофную» теорию, всё начинает выглядеть иначе (см., например: P. Schonheit et al., 2015. On the origin of heterotrophy). «Автотрофная» теория рассматривает среду древней преджизни как своего рода химический вихрь, в котором одни молекулы непрерывно превращаются в другие. Тогда устойчивость потенциальных участников метаболизма должна быть не максимальной, а оптимальной: они должны быть достаточно устойчивы, чтобы существовать какое-то заметное время, и в то же время достаточно лабильны, чтобы без особого промедления вступить в очередную реакцию, поддерживая протометаболический цикл. Вот с точки зрения этого баланса между устойчивостью и лабильностью ацетилфосфат вполне мог бы оказаться соединением, идеально подходящим для переноса энергии (как оказался им АТФ, например).

...и эксперименты

В наше время гипотезы, касающиеся предбиологической химической эволюции, ничего не стоят без экспериментальной проверки. Лейн и его коллеги эту проверку провели, выяснив в результате следующее:

  • Ацетилфосфат легко самопроизвольно синтезируется из еще более простых предшественников (тиоацетата и фосфорной кислоты) в условиях, предположительно соответствующих обстановке зарождения первой жизни. Это теплая вода (20–50°C) с реакцией от нейтральной до щелочной.
  • Молекула ацетилфосфата в таких же условиях сохраняет стабильность часами. Это означает, что ее устойчивость действительно оптимальна для промежуточного продукта метаболизма (или протометаболизма).
  • Ацетилфосфат способен участвовать в синтезе нуклеотидов. Расщепляясь и отдавая остаток фосфорной кислоты, он превращает рибозу в рибозо-5-фосфат, а аденозин — в аденозинмонофосфат (АМФ); первое — важная составная часть нуклеотида, второе — уже целый нуклеотид.

Кроме этих положительных результатов, были получены и отрицательные: вопреки надеждам исследователей, оказалось, что ацетилфосфат не способствует полимеризации аминокислот и нуклеотидов, то есть их «сшиванию» в белки и нуклеиновые кислоты. Добавим, что и в синтезе самих нуклеотидов ацетилфосфат на самом деле участвует лишь ограниченно: ускорить-то он его ускоряет, но, судя по изложенным данным, — только в том случае, если главные составные части нуклеотидов уже есть в растворе в готовом виде. А вот на роль молекулы, снабжавшей первую жизнь энергией, ацетилфосфат действительно подходит.

Лейн и его сотрудники подбирали условия эксперимента, исходя из излюбленной ими теории возникновения жизни в щелочных гидротермальных источниках (см. Н. Лейн, 2018. «Вопрос жизни»). Проблема в том, что эта теория — очень спорная. Альтернативы ей подробно обсуждаются в опубликованной на «Элементах» статье Михаила Никитина «Разные ответы на вопрос жизни», здесь же приведем только один контрдовод: РНК — ключевая для ранней жизни сложная молекула — неустойчива в характерной для источников упомянутого типа щелочной среде, а устойчива, совсем наоборот, в слабокислой (H. S. Bernhardt, W. P. Tate, 2012. Primordial soup or vinaigrette: did the RNA world evolve at acidic pH?). К счастью, обсуждаемая работа — возможно, вопреки первоначальному намерению авторов — показывает, что проблема щелочных источников и проблема ацетилфосфата вовсе не обязательно связаны друг с другом. Из приводимых данных видно, что в слабокислых и нейтральных условиях ацетилфосфат образуется даже лучше, чем в слабощелочных, а в сильнощелочных он не образуется вообще. Всё это позволяет допустить, что щелочные гидротермальные источники тут на самом деле ни при чем. Ацетилфосфат в любом случае является серьезным кандидатом на роль первичного переносчика энергии.

Соблазнительно, конечно, предположить, что «за компанию» он мог бы выполнять в древней жизни еще какие-нибудь функции — ну, хотя бы переносить остаток уксусной кислоты, служа аналогом не только АТФ, но и ацетил-КоА. Намеки на это в обсуждаемой работе Лейна и его сотрудников есть, но их теоретическая оценка сведена к минимуму (рис. 3). Показано, что ацетилфосфат охотно «делится» не только своей фосфатной частью, но и остатком уксусной кислоты, который в результате присоединяется к сахарам или аминокислотам (эта реакция называется ацетилированием). Так, при ацетилировании аминокислоты глицина получается N-ацетилглицин (HOOC–CH2–NH–CO–CH3). Интересно, что эта относительно маленькая молекула включает в себя группу, идентичную важнейшей для белков пептидной группе (–NH–CO–). Имеет ли всё это хоть какое-то значение для истории происхождения жизни — покажет будущее.

Рис. 3. Ацетилирование глицина ацетилфосфатом

Рис. 3. Ацетилирование глицина ацетилфосфатом. Картинка представляет собой набор спектров ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Этот метод исследования основан на том, что ядра определенных атомов (в данном случае — ядра атомов водорода, то есть протоны), будучи помещены в магнитное поле и подвергнуты электромагнитному излучению, резонируют и дают ответное излучение, частота которого для одного и того же атома меняется в зависимости от того, с чем он связан. Атомы водорода, дающие резонанс, на картинке выделены красным (H). Смещение сигнала, зависящее от химической структуры вещества, называется химическим сдвигом — на картинке оно отложено по горизонтали. Нижний спектр, имеющий два пика, относится к раствору, где из ацетилфосфата и глицина образовался N-ацетилглицин. Выше для сравнения помещены спектры растворов нескольких других веществ (чистого ацетилфосфата, чистого глицина, уксусной кислоты, диглицина и дикетопиперазина). Иллюстрация из обсуждаемой статьи в Origins of life and evolution of biospheres

В целом обсуждаемая работа оставляет впечатление, что тема ацетилфосфата, вероятно, и вправду перспективна, но раскрыта пока не до конца. Характерен такой момент. Констатируя бесполезность ацетилфосфата для «сшивания» аминокислот и нуклеотидов в полимеры, авторы честно пишут: «Наше исследование было ограничено тем, что мы не рассматривали полимеризацию на минеральной поверхности или при низкой активности воды — только в водном растворе». Возникает вопрос: а зачем, собственно, надо было так ограничивать исследование? Ведь многие современные гипотезы, касающиеся происхождения жизни, как раз и предполагают, что ключевые процессы шли «на минеральной поверхности или при низкой активности воды». Правда, это не относится к любимой Лейном гипотезе возникновения жизни в щелочных геотермальных источниках: согласно ей, главные события происходили глубоко в море. Между тем было бы интересно посмотреть, что получится, если — ну, хотя бы на всякий случай — повторить те же самые опыты в условиях с низкой или переменной влажностью. Исследователям происхождения жизни (и не только научным сторонникам Лейна) стоит взять ацетилфосфат на заметку, чтобы или подтвердить, или опровергнуть его участие в нашей наидревнейшей истории.

Источник: Alexandra Whicher, Eloi Camprubi, Silvana Pinna, Barry Herschy, Nick Lane. Acetyl phosphate as a primordial energy currency at the origin of life // Origins of life and evolution of biospheres. 2018. P. 1–21. DOI: 10.1007/s11084-018-9555-8.

Сергей Ястребов


99
Показать комментарии (99)
Свернуть комментарии (99)

  • эцих_с_гвоздями  | 05.07.2018 | 10:20 Ответить
    Цитата: "Чтобы минимизировать эту вероятность, группа Мартина приняла решение учитывать только те гены, которые есть одновременно не менее чем в двух разных группах бактерий и не менее чем в двух разных группах архей. "

    Для полноты картины не хватает указания у скольких именно представителей каждой группы должен быть найден ген. Если у одного, то это ГПГ и вся последующая работа летит коту под хвост
    Ответить
    • Сергей Ястребов > эцих_с_гвоздями | 05.07.2018 | 10:56 Ответить
      А вы загляните в Supplementary Materials к статье Мартина. Там видно, что в подавляющем большинстве случаев групп, где обнаружены одни и те же ферменты, было не две, а куда больше - пять, шесть, а то и двадцать.

      При этом частота ГПГ, насколько я понимаю, все-таки зависит от близости между группами - от архей к бактериям (или наоборот) он менее вероятен, чем внутри бактерий или архей.

      Лично я думаю, что оно, конечно, ГПГ и все такое, но ставить под сомнение ЛЮБЫЕ результаты, пользуясь аргументом "а откуда мы знаем, что это не ГПГ?" - кажется мне ненужной гиперкритикой. (Примеры такой гиперкритики, естественно, сразу же появились: https://www.nature.com/articles/nmicrobiol2016229). Но эдак всю палеонтологию, например, вообще придется закрыть, потому что в ней НИКОГДА не бывает столько данных, сколько по гиперкритическим критериям нужно. Задача исследователей - выдвигать рабочие гипотезы. Вот они и выдвинули. Критиковать, естественно, можно и нужно, но только не с позиции апелляции к незнанию.
      Ответить
      • эцих_с_гвоздями > Сергей Ястребов | 06.07.2018 | 20:10 Ответить
        Вы наверное не поняли.
        Речь не о количестве групп, а о количестве представителей (видов) в каждой из групп.
        В соплях этой информации не нашел
        Может быть вы нашли?
        Ответить
        • Сергей Ястребов > эцих_с_гвоздями | 06.07.2018 | 22:23 Ответить
          Я понял. Но, по-моему, количество групп не менее убедительно - учитывая, сколько там групп и скольких генов это касается. Искать информацию по отдельным видам, честно говоря, просто лень.
          Ответить
          • эцих_с_гвоздями > Сергей Ястребов | 06.07.2018 | 22:49 Ответить
            Для вас убедительно, для меня не очень.
            Повторюсь: группы это хорошо, но для того, чтобы оценить распространенность генов надо знать количество видов микробов из каждой группы: 1 вид или 100 - есть ведь разница?
            Экология представителей, что там делают гены метаногенеза?
            Казалось бы важная инфа. Но ее нет.

            Учитывая, что научная работа это совокупность полученных фактов и сделанных выводов, которые следуют каскадом одно из другого (если, то), ошибка в изначальном звене этой цепи обнуляет все остальное.
            В лучшем случае, получается несколько отдельных кусков.
            Если изначальный подход в обнаружении генов ЛУКА был ошибочным, будет ли конечный вывод правильным? Нет, не будет, даже при том, что результаты биохимических анализов были корректными.
            Ответить
  • эцих_с_гвоздями  | 05.07.2018 | 10:25 Ответить
    Цитата "И метаногены, и ацетогены используют в качестве источника питания углекислый газ (CO2), из которого они с помощью водорода (H2) получают или метан (CH4), или уксусную кислоту (CH3COOH). ... Ферменты, обеспечивающие эти ключевые реакции, как раз и были у «Луки»."

    И что это за ферменты?
    Ответить
    • эцих_с_гвоздями > эцих_с_гвоздями | 05.07.2018 | 10:37 Ответить
      Просто интересно, что это за микробы, действительно ли они являются асето- или метаногенами? Ведь сохранять ненужные (?) гены на протяжении миллиардов лет (раз уж речь идет о ЛУКА) это же ж неспроста.
      Или работа выявила именно ГПГ у микробов со сходной экологией, обитающих в тех же эконишах и тогда всему есть совсем другое объяснение
      Ответить
      • Anton > эцих_с_гвоздями | 05.07.2018 | 12:57 Ответить
        неспроста, если рассматривать неземное происхождение жизни. Вероятность попасть на планету с "питательным бульоном" крайне низка в сравнение с вероятностью оказаться на планете с жидкой водой и активными геологическими процессами. В этом случае можно считать гетеротрофность вариантом паразитизма, и возникшим вторично. Моё мнение.
        Ответить
        • Alef > Anton | 05.07.2018 | 13:02 Ответить
          Паразитизм на камнях? Интересный, оргинальный взгляд. С точки зрения базальта;)
          Ответить
          • Anton > Alef | 05.07.2018 | 13:55 Ответить
            Почему на камнях? на продуктах жизнедеятельности автотрофов (см, предыдущий пост) или "первичном бульоне" А на базальте прекрасно себя чувствуют лишайники, ака симбиоз гриба (гетеротрофа) и водоросли (автотрофа) - про замыкание цикла было упоминание в статье.
            Ответить
            • Alef > Anton | 05.07.2018 | 15:22 Ответить
              Гемоавтотрофы для базальта паразиты;)
              Ответить
  • Сергей Ястребов  | 05.07.2018 | 10:49 Ответить
    Я думаю, что гораздо правильнее не спрашивать меня, а обратиться к Supplementary Tables в самой статье, благо они (таблицы) в открытом доступе:

    https://www.nature.com/articles/nmicrobiol2016116#supplementary-information

    Ферменты - это формилметанофурандегидрогеназа (https://en.wikipedia.org/wiki/Formylmethanofuran_dehydrogenase), метилентетрагидрометаноптеринциклогидролаза (https://en.wikipedia.org/wiki/Methenyltetrahydromethanopterin_cyclohydrolase), несколько субъединиц ацетил-КоА-синтетазы и еще там какие-то. Но за подробностями - обращайтесь к исходным данным.
    Ответить
    • эцих_с_гвоздями > Сергей Ястребов | 06.07.2018 | 20:35 Ответить
      Учитывая, что виды микробов не указаны, мой вопрос завис в воздухе.
      А если гены метаногенеза просто консервативны, если формилметанофуран дегидрогеназа просто консервативна и представлена только у метаногенов? Фермент ведь вовлечен в довольно специфический биохимический путь.
      Что это изменяет?
      Это показывает, что ЛУКА не при чем, речь идет просто о ГПГ у организмов, имеющих сходную экологию. И я не вижу доказательств, опровергающих эту гипотезу.

      Но я конечно суперкритичен. Сейчас к людям надо мяхше, а на вопросы смотреть ширше. И вообще, научно лишь то, что публикуется в Натуре, все остальное гиперкритицизм, да?

      Большое спасибо за статью
      Ответить
      • Сергей Ястребов > эцих_с_гвоздями | 09.07.2018 | 20:52 Ответить
        Сходной экологией объяснить распространение пути ВГ нельзя, потому что путь ВГ - далеко не единственный и не самый распространенный способ ассимиляции углекислоты.

        В целом мне кажется, что Ваши возражения опасно близки к тому, что я называю апелляцией к незнанию: когда делает человек, допустим, доклад, а ему, не приводя ни одного конкретного контрдовода, говорят - а откуда вы знаете, что вы ошиблись / не забыли ничего учесть? Ну, и современная мода объяснять горизонтальным переносом генов по умолчанию вообще всё меня тоже не вдохновляет.
        Ответить
        • Combinator > Сергей Ястребов | 09.07.2018 | 22:47 Ответить
          Там, на самом деле, не так много гомологичных ферментов. Похожи именно этапы восстановления CO2 и КОФЕРМЕНТЫ, так что, очень вряд ли это ГПГ, хотя конкретно у метаносарцин есть и блок генов, похоже, относительно недавно заимствованный у клостридий, но глобально это общего вывода не меняет. Вот здесь: http://scorcher.ru/theory_publisher/show_art.php?id=626 у меня про это написано несколько более подробно.
          Ответить
  • IL3333  | 05.07.2018 | 11:09 Ответить
    LUCA на самом деле это виртуальный объект, как и митохондриальная Ева и т.п. Да и считать, что столь малое биоразнообразие как LUCA разродилось большим разнообразием, это слишком романтично.

    Фосфорный механизм молекулярного питания имеет преимущества в метаболизме, но он не имеет преимущества в доступности, поэтому сомнительно что всё началось именно с этой системы питания. АТФсинтаза кстати хорошо показывает, что данный механизм появился как пристройка к протонным помпам, т.е. к генераторам кислоты. Поэтому имхо жизнь началась как ржавчина на хондритах, а биосинтез шёл или спонтанно (температура тоже не хилая была) или в мембранных частицах.
    Ответить
  • Сергей Ястребов  | 05.07.2018 | 11:12 Ответить
    1. В утверждении, что Лука - виртуальный объект, я, честно говоря, не вижу смысла. Если Лука не был реальным живым организмом, то что вообще изучать-то тогда?

    2. Насчет остального - все может быть, тут я не готов квалифицированно отстаивать ту или иную версию. Замечу только, что Лейн как раз убежден, что жизнь зародилась на протонном градиенте. Значит, для него одно другому не противоречит.
    Ответить
    • IL3333 > Сергей Ястребов | 05.07.2018 | 11:41 Ответить
      1. Вот именно, зачем ?
      2. Да, действительно.
      Спасибо за интересные статьи )
      Ответить
      • Сергей Ястребов > IL3333 | 05.07.2018 | 11:44 Ответить
        1. А затем, что Лука - не виртуальный объект (как и все эволюционное древо - не виртуальная конструкция, "любая его ветвь так же реальна, как и любая ветвь любого древа, ветвящегося в пространстве"). Или так, или эволюционная биология вообще бессмысленна.
        Ответить
        • IL3333 > Сергей Ястребов | 05.07.2018 | 12:10 Ответить
          Эволюционная биология клеток, которые достаточно сильно тормозят горизонтальный перенос в свой геном... очевидно не бессмысленна из-за значительного вклада собственных генов. Переходная форма между кучей разнородных культур разной степени приспособленности, и культурами содержащими довольно эффективные молекулярные механизмы (как например АТФ), такая форма не обязана быть единым организмом (Лукой). А по поводу оставшихся, то геологические процессы слишком безжалостны к медленным организмам. Да и минеральная пища уже давно не столь активна, как была несколько миллиардов лет назад.
          Ответить
          • Сергей Ястребов > IL3333 | 05.07.2018 | 12:11 Ответить
            Да, с тем, что непонятно - был ли Лука клеткой в современном понимании, я согласен.
            Ответить
          • Alef > IL3333 | 05.07.2018 | 12:27 Ответить
            Скорее уж ЛУКА сообщество. Бактерии то генами меняются только так. А если они с менее развитой оболочкой, тем более.
            Ответить
            • IL3333 > Alef | 10.07.2018 | 15:49 Ответить
              Да, сообщество размером во всю биосферу, которое в среднем было более успешно и выжило настолько, что их потомков легко можно встретить сейчас.
              Ответить
          • dimmis > IL3333 | 11.07.2018 | 09:06 Ответить
            Пускай изначально была куча разнородных культур разной степени приспособленности, с отличающимися механизмами метаболизма, размножения и т.д. Но ведь в какой то момент должен был появиться организм, обладающий основными характеристиками, свойственными сейчас для всего живого, вы ведь этого не отрицаете? Это по сути и был Лука. Вопрос, существовали ли в это время или позже другие организмы, с качественно отличающимися от Луки характеристиками , и тоже оставившие потомков, дожившие до наших дней? Если да, то как они обзавелись всем набором признаков, характерных для Луки, как они стали похожи на нас? Лука ведь был довольно сложным организмом и горизонтальным переносом одного или нескольких генов этот вопрос не решить.
            Ответить
            • IL3333 > dimmis | 11.07.2018 | 14:50 Ответить
              Ну тогда, в зависимости от изучаемого молекулярного механизма Лука будет разным и он будет жить в разное время. Тут показан АТФ Лука. Ситуация полностью аналогична митохондриальной Еве в связке с Y-хромосомным Адамом.

              То, что механизм АТФ не может перейти через горизонтальный перенос мне сомнительно. АТФ хорош для самосборки вирусов, поэтому гликолиз на фосфорных молекулах вполне мог перемещаться между ветками предков.

              И пример. Я допустим переболел птичьим и свиным гриппом, со встройкой ДНК отрезков птиц и свиней в свою ДНК. Неужели птиц и свиней уже можно называть моими предками ? Это имхо терминологически не верно.
              Ответить
              • dimmis > IL3333 | 11.07.2018 | 15:14 Ответить
                В какой-то момент ведь должен был появиться организм обладающий полным набором признаков: ДНК/РНК наследственность, АТФ, трансляция и т.д.? В чем проблема его назвать ЛУКА? Понятно что эти особенности появлялись в разное время и скорее всего у разных групп организмов, и выбор признаков может быть искусственным, и вообще это вопрос терминологии, но в целом не вижу проблемы в существовании Луки как реального организма.
                С АТФ может и возможно решить вопрос ГПГ. Но для ГПГ как минимум нужен одинаковый механизм наследственности.
                Ответить
                • IL3333 > dimmis | 11.07.2018 | 15:32 Ответить
                  Проблема в том, что он может быть и не общим предком. Зачем называть что-то общим предком, если оно не общий предок? Ну в принципе понятно зачем, но это далеко от науки. Так же как в Африке всё ещё живут люди, которые не являются потомками Y-хромосомного Адама, но последний термин остаётся популярным.
                  Ответить
                  • dimmis > IL3333 | 11.07.2018 | 16:02 Ответить
                    Предполагаете, что одновременно могло существовать несколько разных предковых групп организмов, которые дали начало современным организмам (например бактерии и археи?) и которые общими признаками обзавелись уже позднее, благодаря ГПГ? Наверное возможно, но опять же у всех этих организмов был общий механизм наследственности, значит Лукой можно называть организм обладающий этим признаком. Ну и видимо есть основания полагать, что у современных групп организмов перечисленные выше общие признаки появились примерно в одно время, что и заставляет делать выводы о существовании единого общего предка.
                    Ответить
                    • Alef > dimmis | 12.07.2018 | 13:17 Ответить
                      С Лукой, Евам и Адамом та проблема, что отдаёт креационизмом. Типа появилась золотая клетка, и всё из неё и произошло.
                      Как я понимаю, возникновение генетического механизма не известна. Но определённо там шла своя эволюция. И то, генетический механизм у всех похож, но в детялях не идентичен.
                      Ответить
                    • IL3333 > dimmis | 12.07.2018 | 13:21 Ответить
                      То что было - чётко не известно, чётких оснований нету. Если было бы всё очевидно, то и новых статей об исследованиях не было бы.
                      Ответить
                  • leonid_ge > IL3333 | 13.07.2018 | 19:37 Ответить
                    Можно уточнить насчет людей в Африке, которые не являются потомками Y-хромосомного Адама?
                    Может быть, когда нашлись эти люди, нужно было признать Адамом не того, кого им раньше считали, а просто более раннего?
                    Ответить
                    • IL3333 > leonid_ge | 16.07.2018 | 11:34 Ответить
                      Можно было бы наверное, но потомки гаплогруппы А довольно сильно зачистили поле генетического разнообразия. Возможно также корреляция с религиозным Адамом мешает учёным переопределить этот термин, или же просто игнорирование Y-хромосомного меньшинства.
                      Ответить
    • Alef > Сергей Ястребов | 05.07.2018 | 12:26 Ответить
      Самым вероятным сценарием появление жизни мне кажется вот этот. И как раз самый менее экзотичный. Главная идея, что состав грязевого вулкана (он,) примерно такой, как и содержание всех клеток:
      http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/433982/Raznye_otvety_na_vopros_zhizni

      Где то уже писали, что человека слепили с глины;) Почти тоже самое.
      Ответить
  • NikeByNike  | 05.07.2018 | 11:14 Ответить
    Если мне память не изменяет - тут же на элементах была статья, которая утверждала, что если судить по солевому составу внутриклеточной жидкости - жизнь зародилась в грязевых вулканах, растворы в которых наиболее похожи. По составу межклеточной жидкости тоже делались какие-то выводы, но там по моему просто морская вода.
    Ответить
    • Alef > NikeByNike | 05.07.2018 | 12:30 Ответить
      Тут статья. У разных теорий и разная известность или распиаренность.
      http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/433982/Raznye_otvety_na_vopros_zhizni
      Ответить
  • Igneous Sorcerer  | 05.07.2018 | 13:08 Ответить
    Источник древнейшей жизни - процесс брожения. Ура
    Ответить
    • Сергей Ястребов > Igneous Sorcerer | 05.07.2018 | 13:10 Ответить
      В статье, если что, написано обратное :)
      Ответить
      • Igneous Sorcerer > Сергей Ястребов | 05.07.2018 | 13:17 Ответить
        Ацетилфосфат появляется при брожении..... Этиловый спирт тоже создают бактерии, схожий образ и ещё раз уточнить надо, спирт в космосе сам вырабатывается, без людей.....
        Ответить
        • Сергей Ястребов > Igneous Sorcerer | 05.07.2018 | 13:24 Ответить
          В обсуждаемой статье (и в моем обзоре) не предполагается, что в основе первой жизни было брожение, а предполагается ровно противоположное.
          Ответить
          • Igneous Sorcerer > Сергей Ястребов | 05.07.2018 | 13:33 Ответить
            При брожении, где присутствует ацетилфосфат возникает и углекислый газ, и уксусная кислота......
            Ответить
            • Сергей Ястребов > Igneous Sorcerer | 05.07.2018 | 13:34 Ответить
              Это хорошо, но к теме статьи не имеет ни малейшего отношения.
              Ответить
  • pontiyleontiy  | 05.07.2018 | 13:15 Ответить
    Дилетантский вопрос: исследователям не мешает достаточно умозрительное разделение на "жизнь", "преджизнь", "не жизнь"? Ведь мы имеем дело с эволюцией, а такие слова как "зарождение" претендуют на революцию. Достаточно ли "живой" исследователь объективен?)
    Ответить
    • Сергей Ястребов > pontiyleontiy | 05.07.2018 | 13:24 Ответить
      Не мешает. Можно заниматься исследованиями, и не употребляя этих терминов вовсе. С другой стороны - граница между жизнью и не-жизнью достаточно реальна.
      Ответить
      • pontiyleontiy > Сергей Ястребов | 05.07.2018 | 14:10 Ответить
        Реальна, но только с точки зрения жизни. С точки зрения преджизни некоторые системы слегка замкнулись в своей геохимии, а позже назвали себя биохимией и жизнью
        Ответить
        • Rattus > pontiyleontiy | 06.07.2018 | 12:06 Ответить
          >С точки зрения преджизни...
          Вспомнилось: https://www.anekdot.ru/id/-52703004/ ;~]
          Ответить
          • pontiyleontiy > Rattus | 06.07.2018 | 12:37 Ответить
            Фима, с точки зрения поступательного движения, а не ретроспективно
            Ответить
      • Alef > Сергей Ястребов | 05.07.2018 | 15:28 Ответить
        Вопрос, когда протеино- РНКшный слой на минерале точно стала жизнью. Но вопрос риторический и философский.
        Ответить
        • Rattus > Alef | 06.07.2018 | 12:14 Ответить
          Да не такой уж и философский на самом деле: можно установить вполне ясную точку отсчёта для жизни: появление массива наследственной информации комбинаторика которого превысит число возможных случайных комбинаций для любых подходящих сред во всём объёме наблюдаемой вселенной. Причём для простоты можно взять даже число вообще всех атомов или элементарных частиц в ней, как если бы они все составляли один "бульон абиогенеза" - всё равно комбинаторика будет не больше чем в последовательности не более чем из 132 нуклеотидов - т.е. чуть-чуть больше чем у молекулы тРНК. Для пептида это будет цепь длиной в 44 АК.
          Ответить
          • Сергей Ястребов > Rattus | 06.07.2018 | 12:23 Ответить
            Почему 132? Почему 44? Подробности, пожалуйста :)
            Ответить
            • Rattus > Сергей Ястребов | 06.07.2018 | 12:52 Ответить
              44 - просто по триплетам (хотя можно и тут убрать избыточность если кому-то очень надо).
              132 - потому что 4^132>2,9*10^79, а ~10^79 - число протонов в наблюдаемой вселенной. т.е. если бы в каждой частице было столько же информации как в последовательности из 132 нуклеотидов, то их бы не хватило чтобы представить все возможные варианты.
              А если взять протоны только массивами по такому же числу разрядов - то всего 130 будет.
              Можно ещё легко отчекрыжить это число до красивых 128 (по примеру https://en.wikipedia.org/wiki/Eddington_number), взяв только атомы элементов тяжелее гелия. И т.д. вплоть до длин молекул тРНК. 8~D
              Ответить
              • Alef > Rattus | 09.07.2018 | 10:09 Ответить
                Тогда можно назвать критерий неслучайность.
                Если РНК и белки на слизистом налёте на камне упорядочены выше случайного, и эта упорядоченность распространяется, это уже жизнь.
                А числа подвести уже потом.
                Ответить
  • Arsenic  | 05.07.2018 | 14:26 Ответить
    >Он был хемоавтотрофом — организмом, способным синтезировать из углекислоты сложные молекулы с помощью энергии неорганических химических реакций

    А каких именно?
    Ответить
    • Сергей Ястребов > Arsenic | 05.07.2018 | 14:27 Ответить
      Восстановления углекислоты, собственно. Метаногены и ацетогены используют углекислоту разом и как источник углерода, и как сырье для получения энергии.
      Ответить
      • Arsenic > Сергей Ястребов | 05.07.2018 | 14:33 Ответить
        Восстановление водородом?
        CO2 + 4 H2 → CH4 + 2H2O ?
        Ответить
        • Сергей Ястребов > Arsenic | 05.07.2018 | 14:40 Ответить
          Да, именно.
          Ответить
  • sancho  | 05.07.2018 | 14:56 Ответить
    хм... была ли у Лука оболочка? может быть сообщество, кхм, Лук, внешне было просто автотрофным, кхм, "питательным бульоном"?
    а с появлением оболочек пошла специализация...
    Ответить
    • Сергей Ястребов > sancho | 05.07.2018 | 14:58 Ответить
      Этого никто не знает. Мембраны, похожей на современную клеточную, скорее всего не было, а что было - неизвестно.
      Ответить
  • Combinator  | 05.07.2018 | 18:03 Ответить
    Сергей, я уже не один год интересуюсь данной темой, и много чего хотелось бы обсудить, но здесь, наверное, это не очень удобно. Если у Вас есть соответствующее желание, я могу написать Вам на почту. Если здесь её приводить Вам не удобно, можно списаться через ЛС в ЖЖ.
    Ответить
  • Сергей Ястребов  | 05.07.2018 | 18:06 Ответить
    А кто Вы в ЖЖ? Я как-то не в курсе, простите) А обсудить-то я не против, но предупреждаю, что в теме происхождения жизни я совершенно не специалист - могу разочаровать.
    Ответить
    • Aab > Сергей Ястребов | 09.07.2018 | 14:29 Ответить
      А что Вы думаете по поводу этой работы 2006-оо года?

      Amino Acid Dependent Formation of Phosphate Anhydrides in Water Mediated by Carbonyl Sulfide: 'Carbonyl sulfide (COS), a component of volcanic gas emissions and interstellar gas clouds, is shown to be an efficient condensing agent in the context of phosphate chemistry in aqueous solutions. We report that high-energy aminoacyl−phosphate anhydrides and aminoacyl adenylates are generated in solutions containing amino acids, COS, and the corresponding phosphate molecule. We further show that the mixed anhydrides of amino acids and inorganic phosphate are phosphorylating agents, producing pyrophosphate in better than 30% yield in the presence of Ca2+ precipitates. The amino acid dependent activations of phosphate reported here, which occur in parallel with the production of peptides, suggest that these two reactions may have shared a common intermediate on the prebiotic Earth.'

      https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja056036e

      Почему-то про эту статью упорно авторы ресурса elementy.ru забывают (а я не ленюсь напоминать).

      А в ней, пожалуйста, и создание пептидных связей и многое другое. COS - яд, сейчас его живые организмы, насколько я понимаю, не используют. Но возможно в старые добрые времена он был очччень в тему.
      Ответить
      • Сергей Ястребов > Aab | 09.07.2018 | 14:33 Ответить
        Честно говоря, ничего пока не думаю. Выглядит интересно, прочту, спасибо.
        Ответить
  • Combinator  | 05.07.2018 | 18:15 Ответить
    Ник у меня в ЖЖ Combinator30. Я как-бы в теме происхождения жизни тоже интересующийся любитель, но литературу на эту тему стараюсь отслеживать, и кое-какие идеи, как преодолеть остающиеся проблемы, вроде, есть. ))
    Ответить
    • sancho > Combinator | 05.07.2018 | 22:32 Ответить
      создавайте общую группу, я тоже любитель, и почитаю с удовольствием и своими соображениями поделюсь.
      мне кажется ключевую роль в эволюции сыграл-таки ГПГ, переносимый не столько визикулами, сколько вирусами.
      Ответить
      • Combinator > sancho | 06.07.2018 | 09:54 Ответить
        Для трёх человек вряд ли имеет смысл создавать группу. По поводу ГПГ полностью согласен. Один из самых ярких примеров - хлорофилльный фотосинтез.
        Ответить
        • aosypov > Combinator | 08.07.2018 | 01:32 Ответить
          а для четырех? ;)
          Ответить
          • Combinator > aosypov | 08.07.2018 | 21:45 Ответить
            По многочисленным просьбам создал в ЖЖ группу AbiogenesisRU. )) Welcome! ))
            Ответить
            • Aab > Combinator | 09.07.2018 | 14:31 Ответить
              Прошу прощения за баян, но, может, будет в тему вашему клубу:

              https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja056036e
              Ответить
    • olegov > Combinator | 24.08.2018 | 11:37 Ответить
      А чем была плоха ветка на форуме палео.ру? Там же долго обсуждали абиогенез только подзатухло.
      Ответить
  • PavelS  | 05.07.2018 | 22:25 Ответить
    Так было железо или не было... В процессах синтеза KoA тут говорится что нужно железо, а в статье по ссылке ниже - что вроде бы железо ядовито и уж по крайней мере не очень желательно для некоторых базовых жизненных процессов. Так что уместен вопрос - в каком порядке появлялись в клетках железо и цинк.

    Также не ясно,
    1) можно ли синтезировать клетку, которая питается готовым АТФ?
    2) были ли попытки синтезировать ЛУКУ? Собрать да посмотреть, сможет ли оно вообще жить - если собрать как натеоретизировали.
    3) тут была статейка про "слоистую" структуру рибосом - так не было ли попыток создания генноинжеренрых организмов с упрощённой рибосомой?

    Сцыль уже тут была:
    https://elementy.ru//nauchno-populyarnaya_biblioteka/433982/Raznye_otvety_na_vopros_zhizni
    Сцыль про историю рибосом:
    http://old.elementy.ru/novosti_nauki/431013/Tayna_proiskhozhdeniya_ribosom_razgadana
    Ответить
    • sancho > PavelS | 05.07.2018 | 22:51 Ответить
      имхо, синтезировать Луку также перспективно, как из четырех кубиков с буквами О Ж П А собрать слово СЧАСТЬЕ
      Ответить
      • PavelS > sancho | 05.07.2018 | 22:54 Ответить
        Ваше мнение очень важно для нас, пишите ещё!
        Ответить
        • sancho > PavelS | 05.07.2018 | 23:05 Ответить
          ок, аналогии не проходят, давайте попробуем математически.
          допустим геном ЛУКА 100%
          при разделении на археи и бактерии, допустим, 80 на 80
          добавим миллиарды лет
          в остатке мы имеем крошечную информацию о совпадениях, из них мы соберем 8, 12, 15% предкового ДНК в лучшем случае.
          мы ИСТОРИЧЕСКИ не сможем собрать даже 50-ти % генома Луки, ибо большинство генов утеряны и в текущих организмах не встречаются, а в следах даже не миллиардов, а миллионов лет не сохраняются.
          о каком синтезе Луки идет речь, простите?

          имея 5-8% человеческой ДНК, дополнив ее нуклеотидами, которые сочтем нужными, мы с одинаковой вероятностью создадим человека, подосиновик или гладиолус.
          Ответить
          • PavelS > sancho | 06.07.2018 | 21:29 Ответить
            От Луки полагаю что осталось побольше, т.к. количество видов, из которых мы собираем Луку, огромно, и в каждом что-то да сохранилрось. Вы говорится что разделилось 80 и 80%, а может 90 и 90%, т.е. возможно что к моменту разделения было потеряно всего 1% генов. К тому же даже если какие-то гены будут не очень точно воспроизводиться или домысливаться, то не беда - вероятно это схожие гены, выполняющие схожие функции. И даже если получится "гладиолус" - не так уж и плохо, это всё равно лучше, чем слова. На гладиолусах можно же изучить процесс деления ядерных (эукориотических) клеток? Можно. Это уже довольно много.
            Ответить
    • Alef > PavelS | 06.07.2018 | 09:43 Ответить
      Не какой ЛУКИ скорее всего не было. А было некое сообщество. Учитывая что и прочные оболочки появились в ходе эволюции, они обмениватся генами могли куда активнее. А то и вообще слипаться. Как Open Source software. Оно как раз и обеспечивает стремительный рост сложности и продвинутости. В ИТ сфере, ну и думаю в природе. Любой особо выгодный ген - знания тут же распространяется на всех. И всё лучшее собирается в месте.

      А мож вообще был лишь слой на камней, в основном в порах.
      Ответить
      • PavelS > Alef | 06.07.2018 | 21:32 Ответить
        У Луки вроде уже была мембранная энергетика? Не? Т.е. это не слой неведомо чего, а как минимум клетки или колонии клеток. Вот интересно было бы собрать и посмотреть.
        Ответить
        • Alef > PavelS | 06.07.2018 | 21:45 Ответить
          Минимум група клеток, с обменом "опыта" - генов. Они и по сей день генами обмениваются весьма активно. И хромосомными и плазмидами. Даже переходя барьеры огромных типов. Как то не верится в одну единственную золотую клетку, от которой всё произошло.
          Ответить
        • Сергей Ястребов > PavelS | 09.07.2018 | 14:32 Ответить
          _У Луки вроде уже была мембранная энергетика?_

          А вот этот вопрос я в своем обзоре совершенно намеренно обошел. Он слишком дискуссионный. Читайте Лейна, Мулкиджаняна, Никитина.
          Ответить
  • Theoristos  | 07.07.2018 | 19:08 Ответить
    В статье написано про "получение извне углерода".
    Но углеродом дело далеко не ограничивается. Как в этой протоклетке осуществлялся захват азота, без которого не обойдутся и нуклеотиды, и аминокислоты белков, да и сама эта "прото-АТФ"?
    Из какого источника, какими ферментами, найдены ли они в этом сборном образе прото-клетки?

    Заранее извиняюсь, если замечание дилетантское.
    Ответить
    • Combinator > Theoristos | 07.07.2018 | 19:55 Ответить
      С азотом проще, он мог быть легко доступен, например, в виде аммония NH4+.
      Ответить
    • Сергей Ястребов > Theoristos | 07.07.2018 | 22:23 Ответить
      Да нет, не дилетантское. Да, Лука умел фиксировать азот и данные об этом в статье Мартина и др. есть: у него (Луки) был фермент нитрогеназа, превращающий N2 в аммоний. В мой обзор это не вошло, потому что нельзя объять необъятное.
      Ответить
      • Combinator > Сергей Ястребов | 08.07.2018 | 00:21 Ответить
        Вот тут я как раз с авторами статьи не согласен, есть некоторые признаки, что оперон генов нитрогеназы распространялся, по большей части, через ГПГ...
        Ответить
        • Сергей Ястребов > Combinator | 08.07.2018 | 00:24 Ответить
          Тут ничего сказать не могу, возможно, вам виднее...

          Но не думаю, что это относится к генам пути Вуда - Льюнгдаля.
          Ответить
          • Combinator > Сергей Ястребов | 08.07.2018 | 01:06 Ответить
            Да, путь ВЛ у Луки, скорее всего, был.
            Ответить
          • aosypov > Сергей Ястребов | 08.07.2018 | 01:45 Ответить
            Это хорошо иллюстрирует первую принципиальную методическую ошибку авторов - принцип отбора генов по количеству групп хозяев.
            Надо было простроить все деревья для кандидатов, и посмотреть на время общего предка, заодно получили бы реконструкцию реального куска генома на тот момент, из нее тоже дофига вкусного можно найти, начиная с примитивного ГЦ состава.
            Конечно, это несопоставимо бОльший объем работ, да и молекулярным часам далеко до атомных, но вот таких ляпов бы поуменьшилось, а инфы, повторюсь, поприбавилось.
            Ответить
            • Combinator > aosypov | 08.07.2018 | 10:56 Ответить
              > Надо было простроить все деревья для
              > кандидатов, и посмотреть на время общего предка

              А этим уже давно никто не занимается, ибо оно получается больше возраста Земли. Не публиковать же этот результат серьёзному учёному, в самом деле. ))
              Ответить
              • aosypov > Combinator | 08.07.2018 | 15:41 Ответить
                Публиковать, конечно, с объяснениями и результирующей поправкой метода ;)

                Но я имел в виду не это, а согласованность общих предков для каждого белка - кто-то при таком подходе должен уложиться в общий кластер, хоть и размытый, условно времен сообщества Луки, а поздние ГПГ дадут вылеты.
                А на промежуточные можно будет смотреть особенно внимательно, уже совсем вручную, и тоже много интересного будет.
                Ответить
                • Combinator > aosypov | 08.07.2018 | 16:16 Ответить
                  Если это делать впрямую, то потребуется неслабый коллектив и достаточно много времени, вряд ли кто-то будет готов оплачивать такой банкет. )) На мой взгляд, нужно дополнительно использовать последовательность самих генов в геноме. По крайней мере, фрагмент из примерно 350 генов общего предка бактерий таким способом восстанавливается достаточно уверенно.
                  Ответить
                  • aosypov > Combinator | 08.07.2018 | 23:00 Ответить
                    А то! я потому и сказал сразу про несопоставимый объем работы.

                    Не уверен, что правильно Вас понял. Если Вы имеете в виду расположение генов, то это не поможет - они прыгают, как блохи, хотя кое-что оттуда тоже можно вытащить. Если Вы имеете в виду сиквенс гена - тогда тем более не понял, об том же, вроде, основной спич и идет.
                    Ответить
                    • Combinator > aosypov | 08.07.2018 | 23:43 Ответить
                      Я имею в виду последовательность генов. Конечно, она меняется, но не так резко и хаотично, как Вам кажется. Тем более это касается анаэробов которые, в данном случае, нас, в основном, и интересуют. Одно из основных преимуществ данного метода - гораздо проще выявлять акты ГПГ, пусть даже и весьма древние.
                      Ответить
            • Сергей Ястребов > aosypov | 08.07.2018 | 21:32 Ответить
              Ну так возьмите и сделайте все это. Что Вам мешает? Авторы обсуждаемой работы поставили вполне точно сформулированные вопросы и ответы на них получили.

              И причем тут молекулярные часы? По моему скромному мнению, молекулярная хронология имеет ценность _только_ в том случае, если ее можно откалибровать по палеонтологическим данным. В данном случае это, увы, нереально, поэтому считай не считай - бесполезно. А главное, это не имеет никакого прямого отношения к тому, что интересовало Мартина и Ко. Что конкретно в их результатах вызывает лично у Вас сомнение?
              Ответить
              • aosypov > Сергей Ястребов | 08.07.2018 | 22:54 Ответить
                Странное замечание. Сейчас брошу свою докторскую дописывать и займусь исправлением чужой работы. Впрочем, может и сделаем, если до того никто не почешется - поставим сервер на годик пыхтеть, а потом сами еще столько же пыхтеть будем над анализом (не говоря уже о подготовке, еще столько же). Грант дадите? ;)

                Молекулярные часы тут при том, что дадут некую сильно приблизительную оценку условного времени существования последнего общего предка по каждому из обсуждаемых белков во "всех" организмах. Получив набор таких времен, можно будет уже на него смотреть - дадут ли они (сильно размытый) кластер, приходящийся на сообщество Луки, и набор вылетов более поздних ГПГ. Проведя там границу даже от балды, можно получить более осмысленную отсечку, чем тупо по количеству современных групп, не говоря о наборе реконструированных генов тогдашнего времени и интересных переходных по времени генах.
                На случай ранней, но ГПГшной сборки всяких хитрых комплексов можно даже для каждого белка вести хронологию первой производной от скорости разбегания - да и на общий случай тоже информация интересная.

                Конкретно в их результатах вызывает сомнение критерий отбора, согласно которому они получены. И это, конечно, не значит, что я против данной работы как таковой или считаю ее авторов плохими или глупыми.
                Ответить
                • Сергей Ястребов > aosypov | 08.07.2018 | 23:12 Ответить
                  Извините за резкость. Меня задело за живое то, что авторов, сделавших прекрасную и очень интересную работу, Вы сходу упрекаете в _ошибке_, да еще и в методологической.

                  То, что Вы предлагаете, можно ведь и в качестве продолжения и дополнения предложить.

                  Что касается молекулярных часов - я абсолютно не верю, что в данном случае они могут помочь датировать какие-нибудь реальные события (или измерить скорости каких-нибудь реально происходивших эволюционных процессов), но идея построить по ним нечто вроде относительной хронологии - да - после Вашего объяснения кажется интересной. С радостью бы такую работу прочитал.
                  Ответить
                  • aosypov > Сергей Ястребов | 09.07.2018 | 00:01 Ответить
                    А, простите, меа кульпа. Только сегодня, наконец, с некоторым обалдением обнаружил, что никакой Цицерон или там Макаренко не удосужился сформулировать основной принцип критики:"В плохой работе хвали хорошее, в хорошей - ругай плохое", которым я обычно руководствуюсь. Это что касается критики, а тут еще тема такая интересная и работа тоже, захотелось обсудить. И конечно, "ошибка" не методическая, а методологическая, тут я наврал.

                    И модальность предложения непосредственно авторам, буде таковое случится, конечно следует оформлять иначе, чем в обсуждении на популярном новостном ресурсе, Вы правы ;)

                    Что до молекулярных часов - тоже согласен, абсолютное время по ним особо не посчитаешь (потому и было сравнение с атомными), и других методологических проблем у них хватает (кстати, как раз к этому я буду немножко добавлять в докторской) - речь шла именно о том пространстве времени "в попугаях", которое, при всем своем, кажется более осмысленным. Я бы тоже с радостью почитал, а может, и сделал бы.
                    Ответить
          • aosypov > Сергей Ястребов | 08.07.2018 | 01:58 Ответить
            Да, фиксация азота до сих пор жесткая вещь, и данные по ГПГ есть, и, ЕМНИП, оно собралось в единый кусок как раз в результате такого переноса - но тут могу ошибаться, а проверять поздновато.

            Отсюда, кстати, второе соображение - даже если Лука был автотрофом по углероду, ничто не мешало его предкам доедать азот, наследный цианидному миру. Т.е. автотрофия по углероду могла возникнуть раньше азотной.
            Еще сюда же - цианидный процесс мог работать и при предках, принципиально сменить мир - не такая уж новинка, вспомним банальный переход к кислороду или к ДНК от РНК - и там и там был резкий перелом. Вполне возможно, что со сменой основного источника азота (по съеданию) его метаболизм настолько перестроился, что прежние формы стали универсальными клеточными ядами.
            Ответить
            • Сергей Ястребов > aosypov | 08.07.2018 | 21:34 Ответить
              Вот поэтому про фиксацию азота я в своем обзоре ничего не писал. Так же как и про термофильность. Это все пришлось бы отдельно обсуждать.
              Ответить
  • Андрей Быстрицкий  | 11.07.2018 | 13:42 Ответить
    Серёж, спасибо за любопытную статью!

    PS Проявись в почте, пожалуйста - у меня, оказывается, только старые твои адреса. Мой у тебя, вроде, есть?..
    Ответить
    • Сергей Ястребов > Андрей Быстрицкий | 11.07.2018 | 13:45 Ответить
      ...
      Ответить
  • eurodollarmax  | 08.08.2018 | 02:54 Ответить
    Лично мне модель зарождения жизни Майкла Рассела гораздо ближе, чем модель Мулкиджаняна (как-никак нам неизвестны цинко-сульфидные автотрофы, работающие на ультрафиолете). Сценарий Мулкиджаняна любопытен и, вполне возможно, мог реализоваться на сверхземле, где давление воздуха гораздо выше земного.

    «Циано-сульфидный протометаболизм» Сазерленда тоже меня не особо вдохновляет. Главный источник – это цианид и его производные. Для того, чтобы вся эта кухня работала, он должен производиться на постоянной основе. Но цианид слишком неустойчив и скорее всего в условиях нейтральной атмосферы его концентрация была чрезвычайно низка. Поэтому едва ли возможно, что протожизнь поначалу питалась цианидом и формальдегидом, а после перешла на менее реактивный паёк (формиат, углекислый газ), как это пишет в своей книге М.Никитин.
    Ответить
  • Theoristos  | 09.09.2019 | 18:53 Ответить
    Не пойму почему помянут цикл Кребса. Это же цикл кислородного(!) дыхания-окисления уже готовой неэлементарной куйбиды, так? Во-первых откуда тогда кислород. Во-вторых - а смысл окислять обратно в СО2 и воду то, что мы только что с такими трудами героически нахимсинтезировали.

    ps: где можно почитать предположения почему клетки перешли от всякой простой мелочи к страшилищам вроде АТФ или ацетил-КоА? Чем вотименноони так уникально хороши?
    Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005–2025 «Элементы»