Андрей Тихомиров
Pochodzenie życia
Niemieccy biolodzy eksperymentalnie udowodnili, że cząsteczki RNA transportowego mogą stać się głównym elementem ewolucji wczesnych form życia. W pewnych warunkach są w stanie gromadzić się w funkcjonalne jednostki, które wykładniczo odtwarzają informację genetyczną.
Przekazywanie informacji genetycznej odbywa się sekwencyjnie: najpierw z dna do RNA (proces ten nazywa się transkrypcją), a następnie na matrycy RNA realizowana jest synteza białek (translacja). W operacji znanej jako replikacja białka powielają informację genetyczną zakodowaną w cząsteczkach DNA i przechowywaną w jądrze komórkowym, rozdzielają ją równo między dwie komórki potomne podczas podziału, a proces się powtarza.
Paradoks centralnego dogmatu biologii molekularnej polega na tym, że już na pierwszym etapie złożone związki białkowe – enzymy działają jako katalizatory transkrypcji: w pewnym miejscu podwójna helisa DNA pod działaniem enzymów rozwija się, a jedna z łańcuchów staje się matrycą do budowy tak zwanego matrycy lub informacyjnego RNA (mRNA), który następnie bierze udział w translacji.
Oznacza to, że na poziomie molekularnym pojawia się odwieczne pytanie o pochodzenie życia – co było pierwotne – jajko lub kura: białka są niezbędne do przekazywania informacji genetycznej, ale ich synteza zależy od transkrypcji.
Biolodzy z Uniwersytetu Ludwiga i Maksymiliana w Monachium po raz pierwszy udowodnili eksperymentalnie, że niewielkie zmiany w cząsteczkach transportowego RNA (Trna) pozwalają im na samodzielne składanie się w funkcjonalną jednostkę, która może odtwarzać informacje.
Tak więc, zdaniem naukowców, transportowy RNA działający jako pośrednik między mRNA a białkami mógł być kluczowym elementem ewolucji wczesnych form życia: cząsteczki Trna mogły autonomicznie oddziaływać ze sobą, tworząc rodzaj modułu replikacji zdolnego do wykładniczej replikacji informacji.
"Nasze badania nad wczesnymi formami replikacji molekularnej i nasze odkrycie związku między replikacją a translacją przybliżają nas do rekonstrukcji pochodzenia życia" – powiedział jeden z autorów badania Dieter Braun w komunikacie prasowym uniwersytetu.
Naukowcy twierdzą, że aby taki system działał, potrzebne jest środowisko nierównowagi do uruchomienia odpowiednich procesów fizycznych i chemicznych. Dlatego wszystkie ich eksperymenty obejmowały powtarzającą się sekwencję wahań temperatury.
Każdy eksperyment rozpoczął się od szablonu-struktury informacyjnej składającej się z dwóch typów centralnych sekwencji nukleotydowych. Naukowcy wykazali, że w okresowo zmieniających się warunkach szablonowa struktura binarna może być wielokrotnie kopiowana. Taki mechanizm replikacji mógł mieć miejsce w mikrosystemie hydrotermalnym na wczesnej Ziemi.
W szczególności, według autorów, korzystne środowisko dla takich cykli reakcyjnych mogło powstać w porowatych skałach na dnie morskim, gdzie naturalne wahania temperatury są związane z prądami konwekcyjnymi.
Paleontolodzy odkryli skamieniałości przypominające gąbki w starożytnych rafach, które mają 890 milionów lat. Jeśli wyniki zostaną potwierdzone, będzie to najstarsze znalezisko wielokomórkowych organizmów żywych na Ziemi.
Uważa się, że pierwsze organizmy wielokomórkowe, które z pewnością można przypisać zwierzętom, pojawiły się na Ziemi Około 635 milionów lat temu, w ediakarii – ostatnim okresie geologicznym proterozoiku. Mówimy o vendobiontach-tajemniczych organizmach promieniowo – i dwustronnie symetrycznych, które prowadziły siedzący lub siedzący tryb życia.
Jednak niektórzy naukowcy uważają, że pierwszymi zwierzętami na Ziemi były gąbki-morskie wielokomórkowe przymocowane do dna, które są dziś szeroko rozpowszechnione na całym świecie.
Dobrze zachowane najstarsze skamieniałe gąbki są znane od okresu kambryjskiego, który rozpoczął się 541 milionów lat temu, jednak analizy filogenetyczne i biomarkery sugerują, że gąbki istniały znacznie wcześniej, aw 750 – milionowych skałach osadowych naukowcy znaleźli krzemowe spikule-elementy zmineralizowanego szkieletu gąbek.
Kanadyjska paleontolog Elizabeth Turner z Laurentian University odkryła skamieniałości niezwykle podobne w strukturze do gąbek w starożytnych rafach w północno-zachodniej Kanadzie. Rafy należą do struktur bakteryjnych, są zbudowane z węglanu wapnia i mają 890 milionów lat.
W próbkach skał Turner zidentyfikował rozgałęzione sieci struktur rurowych zmineralizowanych przez kalcyt-krystaliczny węglan wapnia. Badacz zauważył, że struktury te bardzo przypominają włóknisty szkielet gąbek rogowych, które są obecnie używane do produkcji gąbek do mycia.
Autor uważa, że struktury te mogą być skamieniałymi pozostałościami gąbek rogowych, które żyły na rafach węglanowych przez kolejne 90 milionów lat, zanim poziom tlenu na Ziemi wzrósł do stężeń uważanych za niezbędne do podtrzymania życia zwierząt.
Jeśli przypuszczenia naukowca zostaną potwierdzone, okaże się, że ewolucja wczesnych zwierząt na naszej planecie miała miejsce niezależnie od natlenienia – nasycenia atmosfery tlenem, a pierwsze organizmy były w stanie przetrwać najcięższe globalne zlodowacenia kriogeniczne w historii Ziemi, które miały miejsce między 720 a 635 milionami lat temu.
Sądząc po wynikach rekonstrukcji mikropetrograficznej, najstarsza gąbka była przyczepionym organizmem przypominającym robaki o wielkości od pierwszych milimetrów do centymetra, który żył na powierzchni lub wewnątrz RAF zbudowanych przez zwapniające sinice fotosyntetyczne.
Rzadkość znalezisk gąbek w wieku neoproterozoicznym tłumaczy się tym, że najprawdopodobniej nie miały one zmineralizowanych szkieletów – krzemionkowych lub wapiennych, ale składały się wyłącznie z białek – sponginowych lub keratynowych, związków. Dlatego naukowiec uważa, że w starożytnych osadach nie należy szukać elementów szkieletu-spikuły-ale odciski tkanek miękkich, które zachowały strukturę. Takie struktury paleontolodzy spotykali już wcześniej, ale interpretowali je jako kopalne kolonie glonów lub pierwotniaków.
