Стэнли Миллер жана Гарольд Урей 1959-жылы алгачкы жер шартында аминокислоталардын лабораториялык синтези жөнүндө кабарлагандан кийин: «Жашоонун келип чыгышы жөнүндө бир нече суроолорго жооп берилди, бирок дагы көп нерсени изилдөө керек», - дешкен. Илимпоздор көптөн бери негизги суроо менен күрөшүп келишет - алгачкы жерде кайсы генетикалык материал биринчи жолу пайда болгон? ДНК or РНК, же экөө тең бир азбы? Буга далил азыр бар ДНК жана РНК экөө тең алгачкы шорподо чогуу жашаган болушу мүмкүн, ал жерден жашоо формалары тиешелүү генетикалык материалдар менен эволюциялашкан.
Молекулярдык биологиянын борбордук догмасы мындай деп айтылат ДНК өндүү РНК өндүү белоктор. белоктор организмде болуп жаткан бардык реакциялар болбосо, көпчүлүгү үчүн жооптуу. Организмдин бүт функционалдуулугу негизинен алардын катышуусуна жана өз ара аракеттенүүсүнө көз каранды белок молекулалар. Борбордук догма боюнча, белоктор камтылган маалыматтар менен түзүлөт ДНК функционалдык түргө айландырылат белок РНК деп аталган кабарчы аркылуу. Бирок, бул мүмкүн белоктор эч нерсесиз өз алдынча жашай алышат ДНК or РНК, приондордогудай (туура эмес бүктөлгөн белок камтыбаган молекулалар ДНК or РНК), бирок өз алдынча жашай алышат.
Ошентип, жашоонун келип чыгышы үчүн үч сценарий болушу мүмкүн.
А) Эгерде белоктор же анын курулуш материалдары миллиарддаган жыл мурун болгон атмосферада абиотикалык түрдө пайда болгон. белоктор негизи деп атоого болот жашоонун келип чыгышы. Анын пайдасына эксперименталдык далилдер Стэнли Миллердин атактуу экспериментинен келип чыккан1, 2, бул метан, аммиак, суу жана суутектин аралашмасы аралашып, электр разрядынан өткөндө, аминокислоталардын аралашмасы пайда болорун көрсөткөн. Бул жети жылдан кийин дагы бир жолу тастыкталды3 1959-жылы Стэнли Миллер жана Гарольд Урей алгачкы жерде редукциялоочу атмосферанын бар болушу синтезди пайда кылганын айтышкан. органикалык кошулмалар жогоруда аталган газдардын жана азыраак өлчөмдөгү көмүртек кычкылы менен көмүр кычкыл газынын катышуусунда. Миллер-Урей эксперименттеринин актуалдуулугу илимий бир туугандар тарабынан бир нече жылдар бою шек жаратып келген, алар изилдөөдө колдонулган газ аралашмасы алгачкы Жерде болгон шарттарга салыштырмалуу өтө эле азайган деп ойлошкон. Бир катар теориялар N2 жана суу буусу менен ашыкча CO2 камтыган нейтралдуу атмосферага багытталган.4. Бирок нейтралдуу атмосфера да аминокислоталардын синтези үчүн акылга сыярлык чөйрө катары аныкталган5. Мындан тышкары, үчүн белоктор жашоонун башталышы катары иш-аракет кылуу үчүн, алар ар кандай айкалыштырууга алып баруучу өзүн-өзү көбөйтүү керек белоктор организмде болуп жаткан ар кандай реакцияларды канааттандыруу.
B) Эгерде алгачкы шорпо курулуш блокторуна шарт түзүп берсе ДНК жана / же РНК пайда болушу үчүн, булардын бири да генетикалык материал болушу мүмкүн. Изилдөө ушул убакка чейин жактырылган РНК жандык формаларынын келип чыгышынын генетикалык материалы болуу, алардын өзүнө бүктөлүү жөндөмдүүлүгү, бир жипче катары бар жана фермент катары аракеттенүү.6, көбүрөөк жасоого жөндөмдүү РНК молекулалар. Бир катар өзүн-өзү репликациялоочу РНК ферменттери7 сунуш кылган жылдар бою табылган РНК баштапкы генетикалык материал болуп саналат. Бул Джон Сазерленддин тобу тарабынан жүргүзүлгөн изилдөөлөр менен дагы бекемделип, аралашмага фосфат кошулуп, алгачкы шорпого окшош чөйрөдө РНКнын эки негизинин пайда болушуна алып келди.8. Миллер-Урейдин экспериментинде колдонулганга окшош редукциялоочу атмосфераны (аммиак, көмүртек кычкылы жана сууну камтыган) моделдөө жана андан кийин алар аркылуу электрдик разряддарды жана жогорку кубаттуу лазерлерди өткөрүү аркылуу РНКнын курулуш блокторунун пайда болушу да көрсөтүлгөн.9. Эгер РНКнын жаратуучусу деп ишенүү керек болсо, анда качан жана кантип пайда болгон ДНК жана белоктор пайда болот? кылды ДНК РНКнын туруксуз табиятынан улам генетикалык материал катары кийинчерээк өнүгөт жана протеиндер да ээрчишкен. Бул суроолордун баарына жооптор али жоопсуз калууда.
C) ДНК менен РНКнын тиричиликтин келип чыгышына алып келген алгачкы шорподо чогуу жашай ала турган үчүнчү сценарийи 3-жылы жарыяланган изилдөөлөрдөн келип чыккан.rd 2020-жылдын июнь айында Джон Сазерленддин тобу Кембридждеги, Улуу Британиядагы MRC лабораториясынан. Окумуштуулар лабораторияда тайыз көлмөлөр менен миллиарддаган жыл мурун түпкү Жерде болгон шарттарды окшоштурушкан. Алар алгач пайда болгон химиялык заттарды эритип алышкан РНК сууда, андан кийин аларды кургатуу жана ысытуу, андан кийин аларды ультрафиолет нурлануусуна дуушар кылуу. Бул эки курулуш материалынын синтезине гана алып келген жок РНК бирок ошондой эле ДНК, нуклеиндик кислоталар экөө тең тиричилик пайда болгон учурда чогуу жашаган деп болжолдойт10.
Молекулярдык биологиянын борбордук догмасын урматтаган азыркы учурдагы билимдерге таянып, жашоонун келип чыгышына жана белоктун пайда болушуна алып келген ДНК менен РНКнын чогуу жашаганы кийинчерээк пайда болгон/болгону акылга сыярлык көрүнөт.
Бирок, автор үч маанилүү биологиялык макромолекулалардын бардыгын, б.а. ДНК, РНК жана протеин алгачкы шорподо чогуу болгон. Жер бетинин химиялык табиятын, жанар тоонун атылышын жана аммиак, метан, көмүртек кычкылы, көмүр кычкыл газы сыяктуу газдардын жана суу менен бирге болушун камтыган алгачкы шорподо болгон башаламан шарттар бардык макромолекулалардын пайда болушу үчүн идеалдуу болушу мүмкүн. Мунун бир кыйытмасы Ферус ж.9 Миллер-Урейдин экспериментинде колдонулган. Эгерде бул гипотезага ишене турган болсок, анда эволюциянын жүрүшүндө ар кандай организмдер тигил же бул генетикалык материалды кабыл алышып, алардын жашоосуна шарт түзүшкөн.
Бирок, биз тиричилик формаларынын келип чыгышын түшүнүүгө аракет кылып жаткандыктан, жашоонун кантип пайда болгондугу жана таралганы жөнүндөгү фундаменталдуу жана актуалдуу суроолорго жооп берүү үчүн дагы көп изилдөөлөр талап кылынат. Бул илимде колдонулган азыркы догмалар биздин ой жүгүртүүбүзгө киргизилген эч кандай терс пикирлерге таянбастан, "кутудан тышкары" мамилени талап кылат.
***
Колдонулган адабияттар:
1. Миллер С., 1953. Жердин мүмкүн болгон примитивдик шарттарында аминокислоталардын өндүрүшү. Илим. 15-жылдын 1953-майы: Т. 117, Issue 3046, s. 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al. 2003. Пребиотик шорпо – Миллер экспериментин кайра карап чыгуу. Science 02 Май 2003: Т. 300, Issue 5620, s. 745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL and Urey HC, 1959. Примитивдик Жердеги органикалык кошулмалардын синтези. Science 31 июл 1959: Т. 130, 3370-басылышы, 245-251-беттер. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Жердин башталышында атмосферанын курамы жана климаты. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733–1741 (2006). Published: 07 September 2006. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al 2008. Нейтралдуу планетардык атмосферада пребиотикалык органикалык синтезди кайра баалоо. Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. Аралык ырааттуулук РНК Tetrahymena бир фермент болуп саналат. Science 31 январь 1986: Т. 231, Issue 4737, s. 470-475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J, et al 2011. Active Ribozyme Ribozyme-Catalyzed транскрипциясы. Science 08 апрель: Т. 332, 6026-басылышы, 209-212-б. (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Пребиотиктик жактан ылайыктуу шарттарда активдештирилген пиримидин рибонуклеотиддеринин синтези. Nature 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Миллер-Урей азайтуучу атмосферада нуклеобазалардын түзүлүшү. PNAS 25-апрель, 2017-жыл 114 (17) 4306-4311; биринчи жолу 10-жылдын 2017-апрелинде жарыяланган. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 РНК пиримидининин тандалма пребиотикалык түзүлүшү жана ДНК пуриндик нуклеозиддер. Nature 582, 60–66 (2020). Жарыяланганы: 03 июнь 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
Комментарийлер жабылган.