"Почему обязательна множественность жизни во Вселенной", или Об иерархии энтропии и происхождении жизни

Wyvern-2> Кстати, само вот такое хитрое устройство - с триплетами (часто вообще в живом встречается число "3"? ) и прочими бэбихами - очень похоже на шутку, "пасхальное яйцо" Главного Конструктора

А часто ли в живой природе встречается число "20" (основные аминокислоты)? А число "5"? А число "7"? А "золотое сечение"? А куча всяких других чисел?

К вопросу о кодонах:

Американские химики сконструировали "простейший из всех возможных генетический язык". Подобно азбуке Морзе или двоичному коду, он состоит всего лишь из двух букв — Д и У, однако с его помощью можно органично сочетать некоторые базовые молекулярные реакции, необходимые для возникновения живых организмов.

Эта редуцированная генетическая схема может помочь пониманию зарождения жизни на древнейшей Земле. Так говорят её разработчики Джон Ридер (John Reader) и Джеральд Джойс (Gerald Joyce) из калифорнийского института Scripps Research.

Сегодня главные составляющие жизни — рибонуклеиновая и дезоксирибонуклеиновая кислоты (РНК и ДНК) — "записываются" посредством четырёхбуквенного молекулярного алфавита. Этими "буквами" являются аденин (А), гунин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т) в ДНК или урацил (У) в РНК. Каждый ген в цепочке ДНК представляет собой последовательность А, Г, Ц и Т.

Однако, по мнению Ридера и Джойса, не так-то просто было этим соединениям появиться на ранней Земле. Стало быть, молекулам, участвующим в базовых химических процессах жизни, таким как репликация и катализ, просто неоткуда было взяться.

У более простых двухосновных молекул было больше шансов, считают учёные. В доказательство они приводят успешное создание ими двухосновного рибозима — молекулы, которая помогает другим молекулам прилипать к ней. Эти каталитические соединения необходимы для создания молекулярных цепочек генетических молекул ДНК и РНК.

Большая часть биологических катализаторов, или ферментов, — это белки. Однако рибозимы состоят из РНК. Поскольку они одновременно способны служить катализаторами и удерживать и передавать генетическую информацию, именно РНК могли стать молекулярной основой жизни ещё до появления белков и ДНК.

Используя только две базы (две буквы) Ридер и Джойс сымитировали рибозим лигазы R3 — цепочку РНК, пристающую к другой молекуле РНК.

Последовательность баз части рибозима R3 полностью соответствует части РНК на другой молекуле. Исследователи сконструировали связывающуюся последовательность и ограничились только урацилом (У) и аденином (А).

По техническим соображениям они заменили аденин ненатуральной базой под названием диаминопурин (Д). Получившийся рибозим можно воспроизводить без участия гуанина и цитозина. Воспроизведение — необходимая часть процесса обнаружения двухбуквенной имитации.

Затем исследователи удалили из молекулы R3 весь гуанин, который смогли, с тем, чтобы частично сохранить его каталитические свойства (это возможно и без участия урацила). Пришлось сохранить три гуаниновых базы.

Далее исследователи обратились к пробирочной эволюции. Оставшийся гуанин заменили урацилом и диаминопурином, перетасовав в молекуле некоторые другие У и Д.

В итоге им удалось-таки получить молекулу, обладающую каталитическими способностями.

Диаминопурин, по мнению Ридера и Джойса, вполне мог возникнуть на древней Земле. Кроме того, молекула РНК, лишённая цитозина, более устойчива: цитозин быстро распадается при нагревании.

 

Ай, не смеши. "Зарождением жизни в лабораторных условиях" занимаются от силы лет 70. И не сказать чтоб сверхинтенсивно занимаются. Плюс половину этого времени о её молекулярных основах (нашей, уже существующей жизни!) представления были еще довольно смутными, да и сейчас не всё досконально известно.
"Погодите, дети, дайте только срок - будет вам и белка, будет и свисток".

Так, тут кто-то жаловался, что в лабе жизнь никак не сделают, и даже не пытаются?



Стин Расмуссен (Steen Rasmussen) совместно со своими коллегами из американской Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Los Alamos National Lab) намерен создать принципиально новую форму жизни.

инициаторы нового проекта не собираются просто преобразовывать существующие организмы, манипулируя их ДНК. Ведущий химик команды, Ляохай Чэнь (Liaohai Chen) объясняет, что они собираются создавать жизнь на пустом месте, в мензурке, полной "неодушевлённых" молекул.

Химики и физики намерены создать протоклетку, которая пусть и будет примитивнее бактерии — должна будет обладать главными особенностями жизни: производить собственную энергию, давать потомство и даже развиваться.

Один из главных вопросов, на который, может быть, дадут ответ эти поиски — действительно ли возникновение жизни было случайностью или всё же неизбежностью?

Чтобы достигнуть цели, большинство учёных придерживается "патентов" природы. Так или иначе, они пробуют создать клетки, которые окружены двухслойными мембранами и наполнены генетическим материалом в виде ДНК или РНК.

Но не Расмуссен, который занимается этой темой уже много лет, а теперь начинает $5-миллионный проект в Лос-Аламосе.

В попытке создать собственную версию жизни датчанин отбросил учебники биологии и спросил себя: "Какова самая простая живая система, которую я могу вообразить?". Результат состоит в том, что его протоклетка не напоминает ни одну из известных форм жизни.

Когда учёный задумал проект, то составил список минимально необходимых частей для искусственного организма: метаболизм, чтобы производить энергию, подобная ДНК молекула, чтобы хранить "инструкции", и мембрана, чтобы служить оболочкой и скреплять все части.

Чего уж проще? Но скоро Расмуссен понял, что он должен ещё более упростить требования. Даже примитивные одноклеточные организмы с их мембранами, насыщенными каналами, чтобы транспортировать питательные вещества — были бы слишком сложными, чтобы создавать их аналог для другой жизни.

"Мы переворачивали эти вещи вверх тормашками и в результате вывернули наизнанку", — говорит Расмуссен.

Он поместил несколько молекулярных машин на внешней стороне синтетической клетки, таким образом, покончив с потребностью в мембране. Вместо этого протоклетка — это глыба жирных кислот ("отчасти, как использованный комок жевательной резинки", — объясняет Расмуссен). Эта капля — мицелла — должна собрать себя.

Стин проводит аналогию с мыльными пузырями на поверхности воды, где гидрофильные и гидрофобные концы молекул создают силы, вызывающие их некую определённую организацию.

Расмуссен и его команда не будут, конечно, использовать мыло, но возьмут некий другой сурфактант, пока неизвестный им самим. Это — общая идея по самосборке протоклетки.

Теперь — генетический материал. Большинство организмов работает с ДНК или РНК. Но Расмуссен планирует приспособить искусственную нуклеиновую кислоту по имени ПНК (PNA), или пептидную нуклеиновую кислоту.

Её синтезировал Питер Нильсен (Peter Nielsen) из университета Копенгагена (University of Copenhagen) в начале 1990-х. Сейчас Нильсен работает с Расмуссеном.

ПНК очень похожа на ДНК по строению и принципу работы, но основы, составляющие цепь ПНК — это пептиды. Кстати, существует теория, что самыми ранними формами жизни на Земле были базирующиеся на ПНК существа.

Главное преимущество ПНК состоит в том, что она является электропроводной, что поможет запустить метаболизм протоклетки. Так что можно будет убить одним выстрелом двух зайцев.

По идее, на один конец цепи ПНК можно посадить фоточувствительную молекулу. Когда на неё попадает свет, она выпускает электрон, который бежит на другой конец ПНК. Там он может вызвать химическую реакцию с неким заключительным компонентом, который учёные планируют бросить в мензурку — это будет пища.

Пища состоит из молекул-предшественников, которые метаболизм протоклетки преобразует в новые жирные кислоты и молекулы ПНК.

Вновь созданные жирные кислоты будут включены в существующие мицеллы, заставляя их расти, пока они не станут нестабильными и не расколются на две протоклетки.

Взрослая протоклетка будет иметь размер всего 5-10 нанометров. "Мы не могли вообразить ничего более простого", — поясняет Расмуссен.

По схеме протоклетка действительно весьма проста. Но химия, которая оживляет её — очень сложна.

Мицеллы должны впитать молекулы пищи, создавая "склады", преобразовывать их в одиночные спирали ПНК, которые должны цепляться за внешний край мицеллы и находить там дополнительные цепочки ПНК, также созданные организмом. Это на бумаге.

А кто знает, как все эти молекулы фактически поведут себя в растворе?

Тем временем Расмуссен размышляет о практическом применении принципиально новых форм жизни как поставщиков лекарств к клеткам человека или как биологических очистителей, перерабатывающих токсины, смертельные для той жизни, которую мы знаем. Или даже — как биологический компонент механических систем, способных на самозаживление при повреждении.

Вот в бактерию добавили одну аминокислоту - так что для неё основных аминокислот уже не 20, а 21.
О чём это говорит, на что намекает? Да на то, что в первичных протобелках набор аминокислот вполне мог бы быть совершенно другим, не тем, который получился в действительности. Вышло как вышло. Но вполне могло бы быть и иначе - так что вероятно са-авсэм другие считать надыть

Альберт Либчейбер (Albert Libchaber) и его коллеги из университета Рокфеллера (Rockefeller University) создали синтетическую клетку, способную к работе с настоящими генами.

Отдельные элементы этих клеток, названных "биореакторами-пузырьками", взяты от живых организмов, однако целое — это всё же синтетическое, сконструированное образование.

Стенки клетки были собраны из жиров яичного белка. Некоторые внутренние молекулярные "запчасти" подарили искусственной клетке бактерии кишечной палочки.

От некоего вируса биоинженеры взяли ферменты, участвующие в чтении генетического кода.

Наконец, сам ген, на пробу, внедрили в клетку, позаимствовав его от одной из разновидностей медузы. Это был ген флуоресцентного белка.

Ген прекрасно расшифровался, белок начал синтезироваться, показав, что искусственная клетка заработала, как живая.

Другой внедрённый ген заставил синтетические клетки формировать отверстия в своей оболочке.

Либчейбер подчёркивает, что эти клетки — всё же ещё не живые. Они не могут самостоятельно поддерживать своё существование и размножаться. Потому для них и придумали обозначение "биореактор".

Однако эта работа — очень важный шаг в развитии молодой науки — синтетической биологии, цель которой — создание полноценной искусственной жизни.

В дальнейшем автор проекта намерен довести способности своих синтетических клеток до полного воспроизведения и поддержания своего существования.

 

Синтетическая биология: Жизнь 2.0 уже проходит бета-тестирование

Корни синтетической биологии уходят в 1989 год, когда команда биологов из Цюриха под руководством Стивена Беннера (Steven Benner) синтезировала ДНК, содержащую два искусственных генетических слова (или букв, в общем — нуклеотидных пар), помимо четырёх известных, используемых всеми живыми организмами Земли.

учёные добавляют в этот язык никогда не применявшиеся в природе Д и Е — другие вещества, вплетающиеся в код жизни.

Конечно, от шестибуквенной генетической последовательности до целых "шестибуквенных" организмов — большая дистанция, но впору говорить о зарождении Жизни 2.0.

...

Но, так или иначе, работа движется вперёд. Вот, прошлой осенью группа учёных из американского института биологических энергетических альтернатив (Institute for Biological Energy Alternatives) всего за две недели собрала на пустом месте живой вирус-бактериофаг phiX174, синтезировав шаг за шагом его ДНК — а это 5 тысяч 386 нуклеотидных пар.

 

Пока собирают в основном из запчастей от "обычных" клеток. Но... Подождите хоть полвека

Говорите, все биологические "эволюционные" события уникальны? Ню-ню... Ладно, оставим даже за кадром то, что палеонтологи называют "маммализацией териодонтов" и прочие процессы, когда у разных видов параллельно начинают проявляться в той или иной мере совокупности признаков "нового уровня".
Вот вам, пожалте - крылышки у насекомых.

До сих пор было принято считать, что сложные физические характеристики, исчезающие в процессе эволюционного развития, более не появляются никогда. Причиной этого является мутация конкретных генов.

Однако, как выяснилось, за последние 300 миллионов лет колющие насекомые несколько раз избавлялись от крыльев, а затем снова обретали их. Энтомологи называют это открытие "революционным".

Считается, что палочники и колющие насекомые возникли от одного общего крылатого предка. При этом его колющие потомки отбросили крылья, чтобы тратить меньше энергии на полёты, и сохранить её для репродуктивных нужд.

Однако сотрудники Университета Брайэм Янг (Brigham Young University), находящегося в Юте, США, в ходе изучения ДНК 37 палочников, выяснили, что тот самый предок, живший на Земле 300 миллионов лет, уже был бескрылым. Следовательно, его потомки снова вырастили у себя крылья. Причём, как минимум, четыре раза.

Кстати, энтомологам уже давно известно, что у плодовой мухи Дрозофилы за формирование крыльев и ног отвечают одни и те же гены. Возможно, у колющих насекомых мутация генов не происходила, они просто "включались и выключались".

 

...а караван идёт

Ну и фигли? Ну сделают не завтра, а через сто лет - что это меняет?

Да, и вот еще для Ааза, который не верил в аминокислоты в космосе

Астрономы обнаружили в межзвёздном пространстве аминокислоты.

Точнее сказать, речь идет об одной-единственной аминокислоте под названием глицин. Да, как раз из этой кислоты делается простенький антистрессовый препарат-биотик "Глицин", который продается во всех аптеках без рецепта.

Хотя глицин — это одно из простейших соединений такого рода, аминокислота есть аминокислота.

Все белковые вещества состоят из аминокислот, следовательно, не будет ошибкой сказать, что эти соединения являются основой органической жизни на нашей планете.

Как сообщает New Scientist, Льюис Снайдер (США) и И-Цзэн Куань (Тайвань) подвергли спектральному анализу радиоизлучение нескольких космических объектов – в частности, крупных сгустков космического газа, пыли и гигантских молекулярных облаков.

В результате целенаправленных поисков астрономам удалось-таки обнаружить линии спектра, характерные для глицина.

В 1994 году команда астрономов, возглавляемая тем же Снайдером, проведя аналогичные исследования, поспешила объявить о том, что им удалось найти глицин в открытом космосе. Однако в тот раз выводы Снайдера и его коллег не подтвердились.

В этот раз анализу было подвергнуто большее количество источников космического радиоизлучения.

Как отмечает New Scientist, в прошлый раз Снайдеру и компании удалось выявить только две спектральные линии, соответствующие глицину. В этот раз их было десять.

 

А вот про разнообразную органику в метеоритах:

Джордж Купер (George Cooper) и его коллеги из калифорнийского исследовательского центра NASA (NASA's Ames Research Center) обнаружили глюкозу в составе Мерчисонского метеорита (Murchison meteorite), который упал неподалёку от австралийского городка Мерчисон в 1969 году, и метеорита озера Мюррей (Lake Murray meteorite), который представляет собой глыбу космической руды, упавшую на Землю более ста миллионов лет назад.
Оба метеорита насыщены углеродом и, как считают учёные, являются фрагментами астероидов, "бороздящих просторы" Солнечной системы.


Известно, что сахар (или глюкоза) является одним из источников жизни, так как является важнейшей составляющей ДНК, и играет важную роль находится в мембранах живых клеток.


Проще говоря, без глюкозы жизнь на Земле была бы невозможна. Ранее учёным удалось обнаружить в метеоритах следы аминокислот — молекулярной основы для образования белков.


Обнаружив в составе метеоритов глюкозу, учёные первым делом решили проверить, мог ли сахар образоваться в метеоритах уже на Земле, то есть быть следствием микробного "загрязнения".

Выяснилось, что земное происхождение соединений, обнаруженных группой Купера, маловероятно, поскольку они не соответствуют в точности ни одному из веществ, найденных в живых организмах. Кроме того, изобилие глюкозы свидетельствует о том, что эти соединения — следствие скорее химических, нежели биохимических процессов.

Учёные полагают, что сахар мог образоваться в метеоритах в результате химических реакций, произошедших во время их космических "путешествий".

Установлено, что Земля примерно 4,5 миллиарда лет назад подвергалась интенсивной "бомбардировке" довольно крупными астероидами и даже целыми протопланетами. В это время из первичного газопылевого облака, окружавшего только что родившееся Солнце, формировались все планеты Солнечной системы.

Первые живые организмы на Земле появились примерно 3,8 миллиарда лет назад, то есть через 200 миллионов лет после космической "бомбардировки".

 

(там они про панспермию дальше говорят, но ИМХО, куда резонней говорить о заправке первичного бульона клёцками)

> Кстати, энтомологам уже давно известно, что у плодовой мухи Дрозофилы за формирование крыльев и ног отвечают одни и те же гены. Возможно, у колющих насекомых мутация генов не происходила, они просто "включались и выключались".

Собственно, у некоторых насекомых (муравьи, термиты, ...) крылья формируются только у отдельных особей, так что "выключатель" в наличии...