Biologlar birinchi hujayralardan yoshi kattaroq bo'lgan metabolik tizimlarni topdilar

Biologlar birinchi hujayralardan yoshi kattaroq bo'lgan metabolik tizimlarni topdilar
Biologlar birinchi hujayralardan yoshi kattaroq bo'lgan metabolik tizimlarni topdilar
Anonim

Ibtidoiy mikroblarning metabolizmini o'rganib, biologlar tirik hujayralarning kashfiyotchisi bo'lishi mumkin bo'lgan tizim izlarini topdilar. Biz birinchi tirik organizmlarning asosiga aylangan biokimyoviy reaktsiyalarning o'zini o'zi ta'minlaydigan murakkab tsikli haqida gapiramiz.

Bu yutuq Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences jurnalida chop etilgan ilmiy maqolada tasvirlangan.

Hatto eng ibtidoiy tirik hujayra ham juda murakkab. Bu to'g'ri kimyoviy moddalar aralashmasidan "tayyor" paydo bo'lishi mumkinligiga ishonish qiyin. Ehtimol, hujayralar oldidan ko'payish va rivojlanish va shu ma'noda yashashga qodir bo'lgan oddiy tizimlar paydo bo'lgan. Asta -sekin murakkablashib, tabiiy tanlanish bosimi ostida takomillashib, ular birinchi hujayralarni vujudga keltirdi.

Ular qanday tizimlar bo'lishi mumkin? Taxminan 50 yil oldin, taniqli biolog va yangi tadqiqotning hammuallifi Styuart Kauffman bu kimyoviy reaktsiyalarning avtokatalitik tsikllari haqida ketayotganini taxmin qilgan.

Keling, nima haqida gapirayotganimizni tushuntirib beraylik. Bir xil moddalar turli xil kimyoviy reaktsiyalarga kira olganda, reaktsiyalar o'rtasida boshlang'ich reagentlar uchun raqobat boshlanadi. Asosan, tabiiy tanlov yoqilgan. Tezroq o'tadigan reaktsiya g'alaba qozonadi. Va eng tez reaktsiyalar, ularning mahsuloti bir vaqtning o'zida bir xil reaktsiya jarayonini tezlashtiradigan katalizator (bunday jarayonlar avtokatalitik deb ataladi, ya'ni ular o'zlarini harakatga keltiradi).

Ammo mavjud bo'lgan barcha reaktivlar ishlatilganda nima bo'ladi? Albatta, reaktsiya to'xtaydi, ya'ni "o'ladi". Buning oldini olish uchun uni teskari qaytarish kerak: boshlang'ich moddalar mahsulotga aylanadigan to'g'ridan -to'g'ri jarayon bilan bir qatorda, mahsulot qayta reagentlarga "parchalanadigan" teskari jarayon ham bo'lishi kerak.

Hisob -kitoblar va tajribalar shuni ko'rsatadiki, avtokatalitik kimyoviy tsikllar "ko'payish" va "rivojlanish" qobiliyatiga ega, ya'ni ular haqiqatan ham hayot kashshoflari bo'lishi mumkin.

Image
Image

Hayotning oldingi bo'lishi mumkin bo'lgan kimyoviy reaktsiyalarning avtokatalitik tarmog'ining sxemasi. Asl komponentlar qizil rang bilan ajratilgan.

Joana C. Xaver tasviri.

Lekin qanday reaktsiya davrlari birinchi tirik hujayralarni vujudga keltirdi? Yangi maqola hammualliflari-Yangi Zelandiyadagi Kanterberi universiteti xodimi Mayk Stil va Konrad Lorenz nomidagi Evolyutsiya va kognitiv tadqiqotlar instituti xodimi Vim Xordik qiziqarli gipotezani ilgari surdilar.

Ular tirik hujayralarning haqiqiy metabolizmiga o'xshash kimyoviy davrlarning butun sinfini topdilar. Mualliflar ularni refleksli avtokatalitik oziq -ovqat ishlab chiqaruvchi tarmoqlar yoki FAR deb atashgan.

FARlar nafaqat haqiqiy biokimyoviy jarayonlarga o'xshashligi bilan qiziq. Ularni kerakli reaktivlardan boshlash ham oson, unga dastlabki katalizator qo'shib, tizimni biroz surish kerak.

"Buni fiziklar o'z-o'zini tashkil qilish deb atashadi, bu hayotning kelib chiqishini o'rganishda o'ziga xos muqaddas qadam", deb tushuntiradi Ordejk.

Yangi maqola mualliflari ibtidoiy mikroblar almashinuvida RAFni izlashga kirishdilar. Ular kislorodga muhtoj bo'lmagan bakteriyalar va arxalarga e'tibor qaratdilar, chunki erkin kislorod Yerda birinchi tirik organizmlardan milliardlab yillar o'tgach paydo bo'lgan va bundan tashqari, ularning faoliyati natijasida paydo bo'lgan.

Ular ma'lum mikroblarning metabolizmasida bir necha xil RAF topdilar. Topilgan tizimlarning eng murakkabiga 1335 ta reaktsiya kiradi. Taxminan bir xil miqdordagi jarayonlar zamonaviy hujayraning metabolizmini aniqlaydi. Biroq, tadqiqotchilarni birinchi navbatda murakkab tsikllarning o'tmishi bo'lishi mumkin bo'lgan eng oddiy tsikllar qiziqtirgan.

Vodorod va karbonat angidridni yutishidan energiya oladigan mikroblarda (ikkalasi ham erning boshida ko'p bo'lgan), mutaxassislar ikkita oddiy RAF tizimini topdilar, ammo ular metabolizmning asosiy funktsiyalarini bajarishga qodir. Birinchisi metan ishlab chiqaradigan organizmlarda mavjud va 209 ta reaksiyani o'z ichiga oladi. Ikkinchisi, atsetatni chiqaradigan mikroblarga xos bo'lib, 394 ta reaksiyadan iborat.

Bunday holda, ikkala to'plam uchun ham 172 ta reaktsiya odatiy holdir. Ular bakteriyalarda ham, arxeyalarda ham uchraydi va, ehtimol, barcha tirik mavjudotlarning oxirgi umumiy ajdodiga borib taqaladi.

Deyarli barcha biokimyoviy reaktsiyalardan farqli o'laroq, ajratilgan jarayonlar katalizator sifatida katta va murakkab oqsil molekulalarini talab qilmaydi. Ular uchun ancha oddiy moddalar - kofaktorlar va metall zarralari etarli. Shunga qaramay, ular aminokislotalarni (oqsillarning qurilish bloklari) va azotli asoslarni (DNK va RNKning asosiy komponentlaridan biri) sintez qiladi.

Bu biokimyoviy tsikllar, ehtimol, genlardan kattaroqdir. Ehtimol, bu hujayradan oldingi davrning oxirgi biokimyoviy qoldig'i. Qizig'i shundaki, ular topilgan mikroblar geotermal buloqlarda yashaydi.

Tavsiya: