Среди теорий о возникновении жизни на Земле особой популярностью пользуется гипотеза
Но учёным удалось показать, что в определённых условиях пространственные структуры могут складываться из очень небольшого числа аминокислотных блоков. Среди аминокислот есть десяток таких, которые для своего синтеза не требуют сложной ферментной системы живой клетки. Иными словами, эти аминокислоты могли существовать до появления жизни. Учёные предположили, что из этих десяти аминокислот, не нуждающихся в «живых» ферментах, могут получиться пептиды, способные приобретать белковую пространственную структуру.
Исследователи продемонстрировали, что такие упрощённые белки действительно могут приобретать сложную пространственную структуру: число аминокислот удалось понизить до 12, из которых 80% были те, которые не требуют «живого синтеза». То есть двенадцати видов аминокислот достаточно, чтобы сделать белок со стабильной пространственной структурой (при этом, разумеется, аминокислоты могут повторяться и входить в молекулу в разных количествах и в разной последовательности). Хотя такой белок, как видим, не на 100% состоит из «неживых» аминокислот, можно допустить, что для этого нужны особые внешние условия, благоприятные для сворачивания аминокислотных цепей столь необычного состава.
Те белковые молекулы, что были описаны авторами работы, отличались тягой к кислой и высокосолевой среде, то есть могли приобретать пространственную укладку в довольно экстремальных внешних условиях. Во времена возникновения жизни, надо думать, подобные условия были не такой уж редкостью.
Источник: КОМПЬЮЛЕНТА
Современное учение об эволюции представляет собой сложнейший сплав самых разных биологических дисциплин, от старых и уважаемых систематик животных и растений до новейшей молекулярной биологии. Что бы ни появлялось нового в смысле концепций, теорий и методов, эволюционное учение попробует это применить к своему предмету. Предмет же эволюционного учения сложен чрезвычайно, ведь теория эволюции изучает саму жизнь в её самых универсальных проявлениях, в развитии и взаимоотношениях с неживой природой. (Хотя мы допускаем, что с научной точки зрения такое определение предмета теории эволюции будет не вполне строгим.) В этом смысле можно сказать, используя уже весьма подзатёртое сравнение, что теория эволюции — это царица биологии.
И, разумеется, не проходит и года, чтобы биологи-эволюционисты не придумали, не подправили, не опровергли какую-нибудь из эволюционно-экологических закономерностей. Уходящий год не стал исключением, и тут, пожалуй, следует начать с концепций и гипотез, касающихся происхождения жизни — вечной темы, что волнует умы не только учёных мужей, но и весьма далёких от науки представителей рода человеческого. (Опять-таки в скобках заметим, что вопросы происхождения жизни, возможно, в теорию эволюции не входят, но мы их сюда на свой страх и риск включили, исходя из, может быть, весьма наивного соображения: ведь должна же эволюция жизни с чего-то начинаться!) Любая гипотеза о происхождении жизни должна объяснять несколько важных моментов: во-первых, живой организм должен копировать и передавать наследственную информацию; во-вторых, он должен быть отделён от окружающей среды мембраной или чем-то подобным; в-третьих, у него должен быть какой-никакой метаболизм, чтобы строить биомолекулы и самого себя из этих биомолекул.
Как известно, одной из самых популярных гипотез, объясняющих появление механизма сохранения и передачи информации в живых системах, стала
Хорошо, пусть у нас существуют молекулы РНК, которые могут хранить и копировать информацию. Вопрос: как они встречаются в бескрайнем первичном океане? Если предположить, что они плавали в мембранных пузырьках, то получается, что, кроме одних сложных биомолекул, РНК, на заре жизни существовали и другие, которые организовывали мембраны, например, те же липиды. Однако, как показали эксперименты учёных из
Что же до происхождения метаболизма, то специалистам из
Ещё один удивительный результат получили учёные из
Вообще, эволюционное учение в последнее время стало необычайно широко пользоваться экспериментальными методами, хотя, казалось бы, с эволюцией ассоциируются миллионы и миллионы лет, о каких экспериментах тут может идти речь? Тем не менее исследователи вдруг поняли, кто им поможет поверить экспериментом тайны эволюции. Помощниками оказались бактерии и дрожжи: благодаря высочайшей скорости размножения они могут проявить эволюционные закономерности за вполне разумное время, нужно лишь правильно спланировать эксперимент. И с помощью этих микроскопических помощников в прошлом году удалось проверить ряд важнейших эволюционных концепций, которые до сих пор существовали только в виде умозрительных рассуждений. Так, исследователи из
Из других новостей на тему общеэволюционных законов следует отметить два сообщения о молекулярных механизмах эволюции. В
В другой работе, опубликованной учёными из
Из более частных эволюционных исследований, которые касаются развития отдельных групп животных, можно напомнить о работе исследователей из
Долгое время феномен менопаузы не мог найти объяснения у учёных. Человек — одно из редчайших исключений среди животных, наши особи женского пола с некоего возраста теряют способность давать потомство. Эта странная и эволюционно нерациональная стратегия, кажется, нашла своё объяснение в теории: менопауза нужна, чтобы бабушки смогли заботиться о потомстве своих детей, тем самым повышая его выживаемость. Именно благодаря менопаузе, по мнению исследователей из
Из иных результатов эволюционных изысканий, которые могут пригодиться с практической точки зрения, можно упомянуть о том, как
В действительности, как легко заметить, современная теория эволюции больше всего напоминает некий призрак, неуловимую сущность, которая возникает на стыке самых разных дисциплин, от психологии до иммунологии. Так что имеет смысл говорить не столько об отдельной дисциплине, сколько об эволюционном подходе, который может стать мощным оружием в познании живого мира — всё равно, идёт ли речь об отвлечённо-высокой загадке происхождения жизни или о «низменных», повседневно-медицинских иммунологических вопросах.
Однако, несмотря на всё величие и мощь эволюционного подхода, срабатывает он не всегда. И уходящий год дал нам два любопытных примера, когда биологам-эволюционистам оставалось только развести руками. Первый пример — это бактерии из пещеры Лечугия, что в американском штате Нью-Мексико. Местные микробы сумели приобрести устойчивость к большинству современных антибиотиков,
Источник: КОМПЬЮЛЕНТА
Недавно ученые смогли создать рибонуклеиновую кислоту (РНК), способную создавать свою собственную копию. До этого никогда прежде этим молекулам не удавалось наладить свое собственное воспроизводство. Это открытие является первым экспериментальным доказательством весьма популярной теории о происхождении жизни, получившей название "мир РНК".
Из школьного курса биологии мы помним, что большинство важнейших процессов организма регулируется белками. Эти белки производятся самими клетками в том количестве, которое необходимо в конкретный момент времени (кстати, белки "извне" организм вообще не использует). Информация о том, как каково должно быть строение каждого белка записано в виде последовательности азотистых оснований (нуклеотидов) в определенных участках молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), хранящейся в ядре клетки. Именно эти участки неспециалисты называют генами (хотя это не совсем так, у гена, кроме информативной части, есть еще и "служебная", не несущая информации о строении белка). Прочитать же эту информацию, а тем более, создать на ее основе белок, весьма непросто.
ДНК обычно пребывает в форме двойной закрученной спирали, но именно в таком состоянии с нее ничего прочесть нельзя. Поэтому перед считыванием специальные белки расплетают ее (примерно так же, как парикмахер с помощью щипцов расплетает вьющиеся волосы), после чего другие белки снимают с гена копию. Но эта копия существует не в виде ДНК, а виде одноцепочечной молекулы РНК, последовательность нуклеотидов которой полностью повторяет таковую в гене.
Далее, после некоторых модификаций РНК-овый "чертеж белка" отправляется в "сборочный цех" — специальные клеточные органеллы, называемые рибосомами. Они расположены не в ядре, а за его пределами, в цитоплазме. В рибосомах этот "чертеж" сразу же пускают в производство — на основе сообщенной информации, заключенный в последовательности нуклеотидов начинается синтез белка из аминокислот (как мы помним, каждой аминокислоте соответствует кодон — группа из трех нуклеотидов). Как только синтез белка заканчивается, "чертеж" сразу же уничтожается, то есть разрезается специальными белками на отдельные нуклеотиды, которые затем переправляют обратно в ядро. При надобности потом из них соберут новую РНК.
Этот вопрос, аналогичный проблеме курицы и яйца, долгое время вообще не имел даже теоретического ответа. Более того, все эксперименты показали, что самосборка белка без участия ДНК (и РНК) практически невозможна. Точно также не происходит самопроизвольный синтез ДНК без участия специфических белков. Поэтому предположение о том, что белок и ДНК появились независимо, а потом вдруг встретились, подружились и стали вместе работать, увы, абсолютно неправдоподобно.
Однако в последнее время многие ученые считают, что в начале, когда в примитивных организмах еще не было ни ДНК, ни белков, их функции выполняла молекула РНК. Она являлась и хранителем информации, и регулятором всех важных процессов. При этом она могла сама себя копировать для того, что бы наследственная информация передавалась потомкам. Данная гипотеза получила название "мира РНК".
Что и говорить, гипотеза достаточно красивая, однако есть ли у нее какие-нибудь доказательства? Что касается каталитической активности РНК, то о ней было известно достаточно давно. Такие регуляторные РНК называют рибозимами. Хотя они достаточно редко встречаются в клетках, тем не менее, эти активные РНК очень важны для существования последних. Например, активная часть рибосомы, в которой собирается белок из аминокислот, является рибозимом. Именно он осуществляет сшивание отдельных аминокислот в белковую цепочку.
Однако может ли такой рибозим катализировать сборку своей собственной копии без помощи других веществ? Долгое время ученые пытались создать такую РНК искусственно. Результаты, как правило, были не очень-то обнадеживающие — долгое время эти молекулярные "Франкенштейны" могли воспроизвести лишь последовательность из 14 нуклеотидов (а ведь самая маленькая РНК вирусов содержит их несколько сотен). Кроме того, эти рибозимы оказались весьма капризными — они копировали далеко не все собственные последовательности, а лишь те, которые им по каким-то причинам нравились больше.
И вот недавно Филип Холлигер из Кембриджского университета (Великобритания) решил улучшить подобную РНК. Он и коллеги проверили тысячи вариантов различных рибозимов на способность к длительному копированию, потом отобрали несколько самых эффективных вариантов и создали из них "суперрибозим", который назвали tC19Z. После чего новое вещество было подвергнуто испытанию, в результате которого ему было предложено создать свою собственную копию.
В результате рибозиму удалось воспроизвести последовательность РНК, состоящую из 95 нуклеотидов. Несмотря на то, что какие-то последовательности он копировал лучше, какие-то — хуже, в целом tC19Z был куда менее "привередливым", чем его предшественники. Но что более важно — длина копируемых рибозимом кусков составляют почти половину его собственной длины.
Итак, впервые была получена молекула РНК, обладающая каталитической активностью, которая смогла достаточно точно скопировать саму себя примерно наполовину. Правда, для того, что бы окончательно доказать справедливость теории "мира РНК", то нужно получить фермент, способный воспроизвести себя полностью. Однако, судя по всему, подобное уже не за горами. А пока же сам факт того, что можно получить молекулу РНК хотя бы с половиной требуемой мощности, делает РНК-теорию о возникновении жизни на Земле всё более достоверной.
Согласно этой теории, первые РНК появились в результате самосборки (подобное, как показывают эксперименты, вполне возможно в бескислородных условиях), и были очень короткими. Они, обладая каталитической активностью, выполняли функции регуляторов всех процессов в первичных организмах, и, храня информацию о своем строении, могли создавать свои собственные копии, передававшиеся потомкам. Постепенно РНК становились более длинными, и, в какой-то момент смогли синтезировать более совершенные и универсальные регуляторы — белки. После чего уступили им часть своих обязанностей, оставив себе лишь почетное право хранить наследственную информацию (у некоторых современных вирусов РНК до сих пор занимается именно этим).
Далее, возможно в результате ошибок при копировании в некоторых потомках РНК одни вещества оказались заменены на другие (сахар рибоза — на дезоксирибозу, азотистое основание урацил — на похожий на него тимин). В результате появилось ДНК, которая, благодаря своей способности образовывать двойную спираль, оказалось лучшим хранителям наследственной информации (она более устойчива к мутациям, чем одноцепочечная РНК). Так РНК распростилась со своей другой исходной функцией, и, предав новому веществу все заботы о хранении наследственной информации, сохранилась лишь как посредник между ДНК и белком. В этой роли она пребывает и по сей день во всех живых клетках…
Источник: Pravda.ru
Физик
Условно говоря, «КПД процесса» здесь близок к 100%.
ДНК более устойчива в химическом отношении, чем РНК, но и куда сложнее. Дело в том, что вместо сахара дезоксирибозы РНК содержит рибозу, имеющую дополнительную гидроксильную группу, увеличивающую вероятность гидролиза молекулы, то есть уменьшающую её стабильность.
Для проведения термодинамических расчётов по энергии, требуемой системе на репликацию в отношении РНК и ДНК, учёный использовал статистическую оценку РНК и ДНК как систем до и после их репликации. Зная варианты состояния компонентов в системе, при которой возможно самовоспроизведение РНК и ДНК, исследователь определил количество тепла, абсолютно необходимое с термодинамической точки зрения для процесса.
Оказалось, что термодинамически репликация РНК значительно проще и требует на порядок меньшего количества тепла. В сложных с точки зрения энергобаланса условиях вероятность репликации у РНК должна быть радикально выше, чем у ДНК. Именно этот тезис заставил исследователя предположить, что первый тип процессов исторически имел место значительно раньше, чем второй. И сей вывод как будто подтверждает
Любопытно, что, оценивая термодинамическую эффективность размножения кишечной палочки, Джереми Ингланд заключил, что та тратит на размножение всего втрое больше энергии, чем это абсолютно необходимо с термодинамической точки зрения. Хотя этот показатель уступает КПД репликации РНК, близкого к 100%, тем не менее для столь сложной системы как клетка его можно считать выдающимся, заключает учёный.
С препринтом исследования можно ознакомиться
Источник: КОМПЬЮЛЕНТА
15-10-2011 Просмотров:13843 Новости Зоологии Антоненко Андрей
Обыкновенные пираньи не лезут в драку без нужды — а чтобы уладить конфликт без кровопролития, они используют звуковые сигналы. Пиранья обыкновенная (фото King Kong 911)Ужасные, кровожадные пираньи в столкновениях друг с...
16-10-2012 Просмотров:13544 Новости Палеонтологии Антоненко Андрей
Палеонтологи любят превосходные степени, ведь иначе публику не увлечёшь. Отсюда «самые большие», «самые старые», «самые сильные» и «самые странные» окаменелости. «Хищник X» охотится на плезиозавра. Несмотря на обилие подобных реконструкций, мы...
21-05-2015 Просмотров:7452 Новости Зоологии Антоненко Андрей
Океанологи обнаружили в особых пигментных клетках в коже осьминогов особые белки, похожие по своей структуре на те цепочки аминокислот, которые помогают нашим глазам видеть мир, говорится в статье, опубликованной в журнале The Journal of Experimental Biology. Осьминог"Способность осьминогов...
01-10-2012 Просмотров:12411 Новости Палеонтологии Антоненко Андрей
150 млн лет назад на вершине европейской морской пищевой цепи находились огромные крокодилы, один из которых разрывал добычу, а другой засасывал. Изображение Дмитрия БогдановаPlesiosuchus и Dakosaurus были настолько жуткими хищниками, что...
01-02-2013 Просмотров:16086 Новости Зоологии Антоненко Андрей
Морские огурцы, или голотурии, известны в первую очередь необычным вариантом автотомии: когда им угрожает враг, от которого не получается скрыться, они выплёвывают в него свою пищеварительную систему. Пока хищник пытается...
Шимпанзе не перестают удивлять нас своими умственными способностями. Кажется, что эти обезьяны мало чем отличаются от людей — и компьютер освоили, и рисовать умеют, и языку глухонемых вполне себе обучаются.…
Чередование растительных культур на сельскохозяйственных полях преследует две цели. Во-первых, у разных растений разные требования к почве, и, варьируя культуры, мы защищаем почву от истощения по какому-то одному показателю: если…
Муравьи-листорезы (Atta texana) получили своё название из-за пристрастия к листве деревьев, однако сами они листья не едят. Эти насекомые не могут получать питательные вещества непосредственно из растений, поэтому собранную зелёную…
Палеонтологи впервые обнаружили переходное звено между сухопутными рептилиями и ихтиозаврами, вымершими водными существами, жившими в мезозое. Вероятно, предок ихтиозавров переваливался по берегу, подобно тюленю. Cartorhynchus lenticarpusОписание находки, сделанной китайскими учеными из…
– Нам удалось изучить одну из самых интересных флор на Чукотке – реликтовую Анадырскую ископаемую флору верхнемелового периода, рассказывает Александр Грабовский. Её точный возраст до сих пор остается дискуссионным и…
Перед учеными разных специальностей часто встает вопрос о времени появления конкретной группы растений или животных. На этой неделе открылся масштабный проект, который призван помочь найти ответ на подобные вопросы. Новая…
Уникальный — второй в задокументированной биологии — случай взаимовыгодных отношений животного и растения зафиксирован на острове Борнео командой биолога Ульмара Грейфа из Университета Бруней-Даруссалам. Биология требует многого. Даже ассенизационных навыков. (Фото…
10 Лучистая черепаха 188 лет Лучистые черепахи (188 лет) — рекордсмены по официально задокументированному возрасту среди пресмыкающихся. Черепаха Туи Малила, по легенде подаренная вождю острова Тонго капитаном Куком, прожила 188 лет, скончавшись в 1965 году. Лучистые черепахи…
Гены в мозгу пчел видоизменяются, когда те меняют профессию. источник: flickr.com/photos/8510057@N02/Биологи из Университета Джона Хопкинса (США) выяснили, что перемена профессии у рабочих пчел сопровождается обратимыми изменениями ДНК. Результаты исследования опубликованы в…