Геологи доказали, что фрагменты графита, сформировавшиеся на дне первичного океана три с половиной миллиарда лет назад, представляют собой однозначные следы существования архей — одного из двух главных типов микробов на Земле, говорится в статье, опубликованной в журнале PNAS.

Породы формации Дрессер, где были найдены следы древнейшей сухопутной жизни"Наши замеры долей изотопов показали, что эти окаменелости носят однозначно биологическое происхождение. У нас нет прямых доказательств того, что жизнь могла существовать уже 4,3 миллиарда лет назад, однако нет никаких оснований считать, что это было невозможно в принципе, и мы планируем проверить это в будущем", — заявил Джон Уолли (John Valley) из университета Висконсина в Мэдисоне (США).

Геохимики из США нашли возможные следы того, что жизнь на Земле могла зародиться практически одновременно с остыванием планеты, примерно 4,1-4 миллиарда лет назад, и могла повторно возникнуть позднее, после вымирания первой жизни, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Двадцать лет назад, подобное заявление было бы еретическим, даже свидетельства того, что жизнь существовала 3,8 миллиарда лет назад, было бы крайне шокирующим. Похоже, что жизнь на Земле возникла почти мгновенно с формированием планеты – судя по всему, живые существа возникают из не-жизни очень быстро, если есть все нужные для этого ингредиенты", — заявил Марк Харрисон (Mark Harrison) из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (США).

Харрисон и его коллеги пришли к такому шокирующему выводу, изучая почти 10 тысяч образцов так называемых цирконов, обнаруженных в местечке под названием Джек-Хиллс в западной Австралии.

Как отмечают исследователи, кристаллы циркона образуются только при очень высоких температурах внутри магматических горных пород, составляющих основу земной коры на континентах. Это позволяет использовать их для оценки возраста коры и ряда других ее свойств, в том числе и силы магнитного поля в прошлом.

Несколько сотен подобных цирконов, рассказывает Харрисон, содержали в себе то, что ученые не ожидали увидеть – темные включения, чья форма и структура заставили авторов статьи подозревать, что они являются следами жизнедеятельности древнейших организмов на Земле.

Харрисон и его коллеги проверили свои подозрения, просветив подобные кристаллы и содержащиеся в них черные точки при помощи особого спектроскопа, который позволил им определить их химический состав и вычислить доли изотопов.

Оказалось, что цирконы содержали в себе включения графита – минерала, образующегося в природе исключительно из каменного угля и других "органических" пород. Относительно низкая доля тяжелого углерода-13 в этих кусочках доисторического углерода говорит в пользу того, что они возникли в результате жизнедеятельности микробов и другой примитивной жизни.

Учитывая возраст этих цирконов – 4-4,1 миллиарда – лет, можно говорить о том, что жизнь существовала уже в то время, или даже раньше, учитывая то время, которое прошло за время путешествия будущего графита от поверхности к недрам Земли.

Подобная дата крайне интересна тем, что она означает, что жизнь на Земле возникла еще до "поздней тяжелой бомбардировки" – особого периода в жизни Солнечной системы, 3,8-3,2 миллиарда лет назад, во время которого Земля и все остальные планеты постоянно сталкивались с  крупными астероидами.

Эта бомбардировка, как допускают ученые, могла уничтожить только зародившуюся жизнь, которая, как показывают другие древнейшие следы живых существ, возродилась достаточно быстро, примерно через 200-300 миллионов лет после пика "бомбардировки". Столь быстрое возникновение жизни, как предполагают ученые, говорит о том, что наши шансы найти внеземную и даже разумную жизнь выше, чем мы считаем сегодня.

Источник: РИА Новости

Первые молекулы белков и примитивные живые организмы могли появиться не в водах первичного океана Земли, а в пересыхающих лужах на суше, где были все условия для их формирования, заявляют биологи в статье, опубликованной в журнале Angewandte Chemie.

Горячий источник в представлении художника, в котором 3,6-3,7 млрд лет назад могла зародится первая белковая РНК жизнь.В последние годы все большее количество эволюционистов-биологов приходит к мысли о том, что жизнь могла зародиться не в океанах Земли, а на поверхности суши, в озерах и у жерл гейзеров и вулканов. В пользу этого говорит то, что на суше присутствовал ряд критически важных элементов, в том числе молибден, бор и азот, которых было крайне мало в "супе" первичного океана.

Николас Хад (Nicholas Hud) из Технологического института Джорджии в Атланте (США) и его коллеги нашли еще один серьезный аргумент в пользу "сухопутного" происхождения жизни, обнаружив простейший природный биореактор, способный производить сложные белковые молекулы – самую обычную пересыхающую лужу.

Как объясняют ученые, аминокислоты крайне неохотно соединяются друг с другом в "правильном" порядке, и на сегодняшний день эволюционистам удавалось получать простейшие молекулы белков только в условиях очень высоких температур и давлений, не совместимых с зарождением жизни.

Хад и его коллеги нашли альтернативный и более приемлемый с точки зрения эволюции жизни вариант осуществления этих реакций, наблюдая за тем, что происходило в сохнущих на солнце капельках воды, насыщенных аминокислотами и другими "кирпичиками" жизни.

Оказалось, что уже через три цикла высыхания и повторного формирования подобной микро-лужи в ней начинали появляться примитивные цепочки из двух или трех аминокислот. Через 20 подобных циклов в "супе" аминокислот начали появляться цепочки из почти двух десятков звеньев, которые уже в принципе могут претендовать на некую биологическую функцию в организме.

Вполне возможно, что первые белки на Земле появились похожим образом, и через несколько сотен лет химической эволюции в подобных лужах могли появиться первые ферменты, способные копировать себя и собирать другие молекулы из аминокислот и нуклеотидов, "кирпичиков" ДНК. Это позволило жизни перейти от фазы РНК-мира к тому виду, в котором она существует сегодня, заключают ученые

Исочник: РИА Новости

Ученые из Кембриджского университета (Великобритания) под руководством Джона Сатерланда (John Sutherland) разработали новый сценарий возникновения жизни на ранней Земле в условиях кометных бомбардировок. Они показали, что кирпичики биомолекул могли синтезироваться из простых соединений, а те, в свою очередь, были созданы простыми реакциями и катализаторами, которыми изобиловала в те времена планета. Вся эта химия проистекала одновременно и самыми разными способами, ее продукты могли скапливаться в неком «пруду» и там «вариться». Результаты исследования опубликованы в Nature Chemistry, а популярно суть исследования изложил сайте журнала Science.

Живая материя состоит из трех основных компонентов — нуклеиновых кислот, аминокислот и липидов. Считается, что они возникали постепенно и друг за другом на раннем этапе развития Земли. Сначала появились РНК, согласно гипотезе РНК-мира. В 2009 году английский химик Джон Сатерланд доказал, что для синтеза двух из четырех РНК достаточно двух соединений — ацетилена и формальдегида. Участие энзимов в этой реакции необязательно, показал Сатерланд. Но нужно было объяснить, как появились ацетилен и формальдегид, и ученый это сделал в своем новом исследовании.

Химики создали прекурсоры нуклеиновых кислот из цианида водорода (HCN), сульфида водорода (H₂S) в присутствии ультрафиолетового излучения. Они также уверяют, что этого в условиях ранней Земли было достаточно, чтобы создать природные аминокислоты и липиды. А это уже компоненты для возникновения живой материи. В первые несколько миллионов лет кометные бомбардировки были на планете обычным делом, а с ними поступал и цианид водорода в большом количестве. Кометы давали энергию и для синтеза цианида водорода иным путем — из водорода, углерода и азота. Недостатка в сульфиде водорода тоже не было, также как и ультрафиолетовом излучении — такой как сейчас атмосферы же еще не существовало. Металлсодержащие минералы служили катализаторами реакций. Причем вся эта химия могла идти в разных местах планеты одновременно и разными путями, а потом ливни смывали химические соединения в единый бассейн, где варился тот самый пресловутый «бульон» жизни.

Истчоник: Научная Россия

Международная группа геологов обнаружила в древнейших породах Земли возможные намеки на то, что жизнь на нашей планете уже существовала 3,2 миллиарда лет назад и присутствовала в достаточно большом количестве для того, чтобы повлиять на состав минералов, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Геологи нашли возможные следы жизни на Земле возрастом в 3,2 млрд лет"Это первое однозначное свидетельство того, что жизнь существовала в далекой древности, что отодвигает время ее появления на миллиард лет в прошлое.  Наша работа показала, что на ранней Земле не было никакого "азотного кризиса", как мы считали ранее, и что она могла поддерживать достаточно большую и разнообразную биосферу", — заявил Роджер Бьюик (Roger Buick) из университета Вашингтоне в Сиэтле (США).

Ученые-эволюционисты достаточно долго считали, что жизнь в современном виде распространилась по планете примерно два миллиарда лет назад, когда появились бактерии, способные захватывать атмосферный азот и превращать его в органические соединения.

До этого единственным источником "съедобных" азотных соединений выступали разряды молний, фиксировавшие относительно небольшие объемы азота из-за отсутствия кислорода в атмосфере юной Земли. Поэтому ученые часто называют эту эпоху "азотным кризисом", так как свободный "съедобный" азот практически отсутствовал в воде и на суше.

Бьюик и его коллеги обнаружили, что масштабы этого кризиса заметно преувеличивались, изучив химический состав нескольких десятков образцов осадочных пород, сформировавшихся 3,2-2,75 миллиарда лет назад под водой на территории будущей Австралии и Южной Африки. Эти минералы сформировались вдалеке от вулканов, у кромки суши, до появления кислорода в атмосфере Земли, что превратило их, в выражениях ученых, в своеобразную геологическую летопись.

Химический и минеральный анализ этих показал, что жизнь начала фиксировать азот уже 3,2 миллиарда лет назад. Это проявлялось в том, что соотношение атомов "тяжелых" изотопов азота и его обычной разновидности было примерно таким же, как и в современных морях и океанах, главным поставщиком азота в которых являются бактерии.

У этого открытия, помимо сдвига времени расцвета жизни на миллиард лет в прошлое, есть и два других интересных следствия. Во-первых, существование фиксирующих азот бактерий 3,2 миллиарда лет назад означает, что жизнь на Земле успела "изобрести" сразу два разных способа для фиксации азота — современный, появившийся 1,5-2,2 миллиарда лет назад, и древний, возникший гораздо раньше.

Судя по присутствию молибдена в древних породах, чьи атомы современные бактерии используют для расщепления азота, этот азотофиксирующий фермент был похож по принципу своего действия на современные белки, которые помогают бактериям "съедать" атмосферный азот. Другой вопрос заключается в том, откуда древние микробы могли взять молибден, если большая часть его попала в мировой океан после появления кислорода в атмосфере.

Отсюда следует второй интересный выводу авторов статьи — источником молибдена для таких бактерий могла служить суша, прибрежные районы, периодически омываемые водами первичного океана планеты.

"Мы никогда не найдем прямых свидетельств и окаменелых "одеял" из микробов, но наше открытие может быть косвенным намеком на то, что на суше в то время могла существовать жизнь. Вполне может быть, что микробы "выползли" на сушу и жили в виде слоя слизи на поверхности камней на суше 3,2 миллиарда лет или даже раньше", — заключает Бьюик.

Источник: РИА Новости 

Химики показали, что первые протоорганизмы могли без труда копировать свой генетический материал. В этом им помогали особые РНК-молекулы – одну из них ученые получили в ходе искусственной эволюции в пробирке.

Схема молекулы рибозимыРезультаты исследования, проведенного американскими специалистами из Исследовательского института Скриппса, опубликованы в свежем выпуске журнала Nature.

Считается, что жизнь зародилась в результате действия рибозимов – молекул РНК, которые несли не только генетическую, но и ферментативную функцию и могли копировать сами себя (в живых клетках для этого используются особые белки). Однако в этой теории заключался серьезный пробел, связанный с хиральностью (асимметричностью) нуклеотидов – «букв», из которых состоит РНК.

Дело в том, что практически вся РНК в современных живых организмах построена на основе «правосторонних» d-нуклеотидов. Поэтому если рибозим пытается копировать себя и встраивает в синтезируемую последовательность РНК «левосторонний» l-изомер, это приводит к сбою. Поскольку среда, где зарождалась жизнь, была насыщена как d-, и так l-нуклеотидами, то такие ошибки могли возникать постоянно, делая невозможным самовоспроизведение рибозимов.

Однако авторы статьи показали, что раньше существовали рибозимы, способные справляться с проблемой хиральности. Они получили короткую РНК-молекулу, состоящую из 83 d-нуклеотидов и способную выстраивать свою копию из l-нуклеотидов. В свою очередь, эта l-копия заново создает рибозим из d-нуклеотидов и так без конца. При этом наличие в растворе одновременно и l-, и d-нуклеотидов процессу не мешает.

Примечательно, что молекула была выявлена с помощью искусственной эволюции. Ученые поместили в пробирку квадриллион «правосторонних» РНК-молекул и добавили к ним l-изомеры, а затем провели десять циклов их копирования. В результате «выжили» только те рибозимы, которые смогли приспособиться к наличию нуклеотидов сразу двух хиральностей.

По словам ученых, предшественниками живых организмов могли быть молекулы, похожие на полученный ими рибозим. В ходе дальнейшей эволюции РНК на основе d-нуклеотидов окончательно стала стандартом для всей жизни на Земле.

Источник: infox.ru

Новое исследование может положить конец спорам: обнаружена последовательность лав возрастом 4,4 млрд лет, которые могут оказаться остатками первой зоны субдукции на Земле. 

Скалы острова Гуам сложены застывшей лавой, относящейся ко временам формирования Марианской впадины. Врезка демонстрирует характерные для лавы складки. (Фото Mark Reagan.) В 2008 году изучение древних лав на севере Квебека — зеленокаменного пояса Нуввуагиттук — показало, что они обладают одинаковыми геохимическими характеристиками с лавами из современных зон субдукции (например, Марианской впадины). Это означает, что они, должно быть, смешались с солёными жидкостями, которые выдавливаются в зонах субдукции — и только в зонах субдукции. Геохимия этих пород — своего рода отпечаток пальцев, позволяющий идентифицировать лавы зон субдукции.

Геологи Трейси Рашмер и Саймон Тёрнер из Маккуорийского университета (Австралия), а также их коллеги решили взглянуть на эти породы поближе и обнаружили чёткую последовательность слоёв. Геолог Марк Рейган из Айовского университета (США), несколько раз спускавшийся в Марианскую впадину (его рекорд — 6 500 м), подтвердил, что там он видел точно такую же картину. Каждый слой — определённый этап рождения зоны субдукции. 

Ключ к пониманию этого процесса заключается в том, как породы и их химия меняются с каждым последующим слоем. По мере того как океаническая плита опускается, лавы поднимаются и откладываются поверх друг друга, формируя слои вулканических пород. С возрастанием глубины тепло и давление начинают выдавливать различные элементы из плиты в виде жидкостей, которые со временем меняют химический состав лавы, обогащая её таким редкоземельным элементом, как иттербий, но в то же время обедняя ниобием. Первый слой в ряду извергается до того, как жидкости смогут выйти из плиты, но уже следующий даёт достаточное количество жидкости для появления химических признаков, характерных для зоны субдукции. Последний слой несёт огромное количество редкоземельных элементов и очень мало ниобия, после чего всякие сомнения отпадают: да, это лава зоны субдукции. 

Марианская впадина и Нуввуагиттук схожи не только геохимией. Характеристики пород меняются совершенно одинаковым образом. Но это убедило далеко не всех. Геохимик Джулиан Пирс из Кардиффского университета (Великобритания) отмечает, что зеленокаменный пояс Нуввуагиттука слишком стар. Время могло изменить его настолько, что по нему нельзя судить о происходившем 4,4 млрд лет назад. К тому же, по мнению специалиста, выявленные геохимические характеристики свойственны не только зонам субдукции. 

Авторы исследования не согласны: они считают, что тепло и давление не меняют геохимические характеристики до неузнаваемости, поэтому древность ещё не повод отказываться от попыток выяснить происхождение пород. Что до зон субдукции, то схожесть с Марианской впадиной говорит сама за себя. 

Так или иначе, но все спорщики согласны с тем, что зоны субдукции могли создавать идеальные условия для возникновения жизни. Жидкости, выделяемые пододвигающейся корой, трансформируют мантийные породы в минерал серпентин, а также порождают горячие источники на дне океана. Серпентин даёт энергию, а бор, которым изобилуют такие горячие источники, выступает стабилизатором РНК. Поэтому открытие самой древней зоны субдукции претендует одновременно на обнаружение одного из первых мест на Земле, где могла зародиться жизнь. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Geology.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Нового претендента на звание самого древнего живого существа на Земле открыли палеонтологи на западе Австралии, в местности под названием Пилбара. Речь идет даже не об одном существе, а о целом бактериальном сообществе, жившем 3,5 млрд лет назад в Западной Австралии.

Примерно в таких условиях формировались бактериальные маты Пилбары Все, что осталось от одного из первых в истории нашей планеты экспериментов с живыми существами, представляет собой крошечный обломок бактериального мата восьми миллиметров в толщину. Хотя эти микроорганизмы имеют все основания претендовать на роль предков современного человека, вряд ли нам понравилось бы находиться рядом с ними.

Дело в том, что древнейшие бактерии, напоминающие нормально чувствующих и сегодня пурпурных или зеленых водорослей, при жизни издавали сильнейший запах тухлых яиц. Как рассказал принимавший участие в их изучении минералог института Карнеги в Вашингтоне Роберт Хазен, создавшие мат бактерии преобразовывали энергию солнечного света, но вместо кислорода у них получалась "ужасно вонючая" сера. И они ровно на 300 млн лет старше предыдущих кандидатов на роль первых обитателей Земли.

Если бы мы прошлись по австралийским пляжам 3,5-миллиардной давности, то увидели бы на них слизистые сгустки коричневого и фиолетового цветов. А удушливый аромат сероводорода подсказал бы нам, что дела у этих бактерий идут просто замечательно. "В общем, это было не то место, куда хочется съездить в отпуск", – констатировал ученый.

По мнению исследователей, найденные ими упорядоченные структуры осадочных пород – бактериальные маты – возникли в результате взаимодействия колоний примитивных организмов с прибрежными отложениями. "Эти структуры дают нам четкий сигнал о том, что необходимые условия в этих местах действительно существовали, и бактерии, формирующие биопленки, могли это проделать", – отметила, в свою очередь, профессор Нора Ноффке из Old Dominion University, которая и нашла эту окаменелость.

Стоить отметить, что подобные объекты, именующиеся MISS (от английского microbially induced sedimentary structures – микробиологически индуцированные осадочные структуры), ищут, в частности, на Марсе американские самоходные лаборатории. Поэтому уточнение деталей древнейшего прошлого жизни в Австралии может способствовать и первому открытию инопланетных существ, где условия для их сохранения еще лучше, чем на Земле, пишет The Daily Mail.

Источник: PaleoNews

Анализ образцов горных пород из различных уголков Земли — от Австралии и Зимбабве до Западной Виргинии (США) — позволил предположить, что поздняя тяжёлая бомбардировка, имевшая место 4,1–3,8 млрд лет назад, сыграла ключевую роль в обеспечении будущей земной жизни необходимыми исходными материалами. Тогда на Землю обрушились десятки тысяч массивных тел, оставивших после себя множество кратеров.

Ранняя Земля была небезопасным местом: метеоритные удары сыпались на планету многократно чаще, чем сегодня. Но не исключено, что именно этот ужас и породил нас с вами. (Здесь и ниже иллюстрации NASA, M.Pasek et al.) По мнению исследовательской группы, возглавляемой геологом Мэттью Пасеком (Matthew Pasek) из Университета Южной Флориды (США), среди этих тел было множество метеоритов, которые принесли на Землю фосфор, столь необходимый для живых существ земного типа. Для справки: фосфор часто встречается в метеоритном минерале шрейберзите.

Породы старше 3,5 млрд показывают следы фосфитов, в то время как более поздние — в основном фосфатов. Сегодня основная часть фосфора на Земле содержится в фосфатах, относительно малорастворимых и не слишком активных в химическом отношении соединениях. Современная теория прохождения жизни на Земле предполагает, что она базировалась не на ДНК-, а на РНК-организмах. Однако долгое время было неясно, как именно эти относительно простые РНК-организмы могли заполучить в свой состав фосфор без сложных механизмов по его добыче из фосфатов.

По предположению группы г-на Пасека, метеоритные фосфиды при взаимодействии с водой, которой уже тогда, считают исследователи, была покрыта бóльшая часть Земли, образовывали фосфиты — ту форму соединений фосфора, которую нарождающимся РНК-организмам было легко усвоить. Как считает Мэттью Пасек, именно поэтому сегодня мы не наблюдаем возникновения «новых форм жизни» — для этого нет условий в виде доступного фосфора.

Правда, такой подход отдаёт, как сказали бы в советское время, некоторым механицизмом: многие биологи придерживаются иных, более сложных представлений о причинах невозможности формирования «новых форм жизни» в наше время.

Свои выводы о недоступности фосфора в легко усваиваемом виде для эпох после поздней тяжёлой бомбардировки учёные основывают на том, что только в образцах старше 3,5 млрд лет им удалось встретить фосфиты в значительных количествах, в то время как в более поздних необходимый для возникновения жизни элемент был представлен в основном фосфатами.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (доступен полный текст).

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Среди теорий о возникновении жизни на Земле особой популярностью пользуется гипотеза мира РНК. РНК, как известно, может служить катализатором, и на заре жизни такие молекулы РНК могли одновременно и нести специфический наследственный код, и сами же его передавать от одного поколения молекул другому.

Элементы вторичной структуры (цветные) прионного белка, вписанные в конечный пространственный рельеф молекулы (рисунок UWMadisonCALS).Однако, как полагает Майкл Блейбер из Университета штата Флорида (США), белки рано списывать со счетов. В статье, опубликованной в журнале PNAS, г-н Блейбер и его коллеги утверждают, что белки вполне могли возникнуть и функционировать без помощи нуклеиновых кислот. Как известно, правильная работа белковой молекулы зависит от её пространственной укладки, которая определяется последовательностью аминокислот. Эта трёхмерная структура определяет всякое взаимодействие белка с любыми другими молекулами. Можно предположить, что белок становится белком, когда в нём есть достаточное количество разных аминокислот: их разнообразие и количество определяют разнообразие и тонкость настройки пространственной структуры. А большое число разнообразных аминокислот требует шаблона для синтеза, и тут мы упираемся в необходимость РНК.

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

«Батарейками» для первой жизни на Земле могли стать метеориты, которые принесли с собой молекулы, позволившие запасать энергию.

Обед подан! (Фото Wally Pacholka / Barcroft Media / Getty Images.)У каждого организма есть такие встроенные «батарейки», ведь энергия, полученная с пищей, не всегда требуется сразу и полностью. В основе таких молекул — фосфор, но у ранних форм жизни не было к нему доступа, ибо этот элемент был спрятан глубоко в минералах. Решить проблему помогли камни, сыпавшиеся с неба.

Сегодня самым распространённым хранителем энергии выступает аденозинтрифосфат (АТФ), которым пользуются миллионы сложных организмов. Откуда взялась эта молекула? Для её создания и освобождения энергии требуются ферменты, но первые организмы ещё не были настолько сложны, чтобы выполнять подобные операции. Вероятно, была какая-то молекула попроще.

По словам Терри Ки из Лидсского университета (Великобритания), первым накопителем энергии мог быть пирофосфит, состоящий из фосфора, кислорода и водорода. Это вещество схоже по своим химическим свойствам с АТФ и при этом более реактивно, то есть ему не нужны ферменты.

Г-н Ки и его коллеги изучили один сибирский метеорит, содержащий много фосфора. Фрагменты небесного камня окунули в кислую воду из вулканических прудов Исландии, которая считается аналогом воды, существовавшей на первобытной Земле. Четыре дня спустя образцы метеорита выделили большое количество фосфита. Высохнув, он превратился в пирофосфит. Как видим, это вещество образуется очень просто.

Идея этого исследования пришла учёным после того, как в 2009 году в геотермальных прудах Калифорнии был обнаружен избыток фосфита.

Выводы, к сожалению, вызвали неоднозначную оценку. Самая большая проблема заключается в том, что все современные организмы пользуются для накопления энергии фосфатами, а не фосфитами, отмечает Уильям Мартин из Университета Генриха Гейне (ФРГ). Животные и растения используют АТФ, а большинство микроорганизмов приспособили пирофосфат. «И я ставлю на то, что так было всегда», — подчёркивает учёный.

По этой причине многие полагают, что древним накопителем энергии скорее всего служил пирофосфат. Но и с ним не всё гладко. Ему надо было образовываться из фосфатов, а они химически очень активны, поэтому никакому фосфату не удалось бы продержаться на поверхности планеты сколько-нибудь долго. К тому же пирофосфат реагирует с водой, а не растворяется в ней, как пирофосфит. «Учёные отдают предпочтение пирофосфату, потому что он проще», — говорит Стивен Беннер из Фонда прикладной молекулярной эволюции (США). По его словам, нет никакого другого аргумента в пользу такого выбора.

Г-н Ки считает, что пирофосфит мог быть предшественником пирофосфата: им пользовались до тех пор, пока жизнь не приобрела молекулярное «оборудование», позволившее ей работать с фосфатами. В ходе дальнейших экспериментов, результаты которых ещё не опубликованы, его группа выяснила, что пирофосфит легко превращается в пирофосфат.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Geochimica et Cosmochimica Acta.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Все организмы дискретны в пространстве и имеют наружную оболочку. Трудно представить себе живое существо в виде туманного облачка или раствора. Однако по началу преджизнь существовала именно в виде растворов. Чтобы не раствориться окончательно, не рассеяться в водах древних водоемов, ”живые растворы” должны были ютиться в крошечных полостях, которые часто встречаются в минералах. Это тем более удобно, что некоторые минералы (например, пирит) являются неплохими катализаторами для многих биохимических реакций.  Кроме того, поверхность минералов могла служить своеобразной матрицей, основой, к которой прикреплялись молекулы РНК. Упорядоченная структура кристаллов помогла упорядочить и структуру этих молекул, придать им нужную пространственную конфигурацию.

Но рано или поздно преджизнь должна была обзавестись собственными оболочками – перейти от доорганизменного уровня к организму. Идеальным материалом для таких оболочек являются липтиды (жиры), молекулы которых способны образовывать на поверхности воды тончайшие пленки. Если взболтать такую воду, в ее толще образуется множество мелких пузырьков – водяных капелек, покрытых двухслойной липтидной оболочкой (мембраной). Эти капельки проявляют интересные свойства, которые делают их похожими на живые клетки. Например, они способны осуществлять обмен веществ. Липтидные мембраны обладают избирательной проницаемостью: одни молекулы сквозь них проходят, другие – нет. Благодаря этому одни вещества втягиваются в капли, другие выводятся, третьи – накапливаются внутри. Правда, для того чтобы это происходило постоянно, одних мембран недостаточно. Нужно еще, чтобы внутри капли одни вещества превращались в другие, а для этого там должны находиться катализаторы – белки или РНК.

Изучением свойств водно-липтидных капель (каоцерватов) занимался академик А.И.Опарин. Он считал, что коацерваты были одним из этапов на пути возникновения жизни. Опарин обнаружил, что при определенных условиях коацерваты могут расти и даже ”размножаться” делением.

Первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липтидов, синтезированных абиогенным путем. Впоследствии они могли вступить в симбиоз с ”живыми растворами” – колониями самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липтидов. Подобное сообщество уже можно назвать организмом. У всех живых существ до сих пор в синтезе липтидов важнейшую роль играет кофермент А, представляющий собой не что иное, как модифицированный рибонуклеотид. Это еще одно напоминание об РНК-мире.

Камнем преткновения для теории РНК-мира в течении некоторого времени была неспособность молекул РНК эффективно взаимодействовать с липтидными мембранами. Недавно, однако, было показано, что комплексы из нескольких разных РНК и ионов кальция способны не только прикрепляться к мембране, но и регулировать их проницаемость.

Источник: А.Марков. Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы. 527, с. 69-71/ Астрель 2010 г. 

Империя: Живые организмы

Что такое жизнь? Определение жизни

Вопросы о происхождении жизни, закономерностях исторического развития в различные геологические эпохи всегда интересовали человечество. Понятие жизнь охватывает совокупность всех живых организмов на Земле и условия их существования. Сущность жизни заключается в том, что живые организмы оставляют после себя потомство. Наследственная информация передается из поколения в поколение, организмы саморегулируются и восстанавливаются при воспроизводстве потомства. Жизнь — это особая качественная, наивысшая форма материи, способная, оставляя потомство, к самовоспроизведению.

Понятию жизнь в разных исторических периодах давались различные определения. Первое научно правильное определение дал Ф. Энгельс: "Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел". При прекращении процесса обмена веществ между живыми организмами и окружающей средой белки распадаются, и жизнь исчезает. Опираясь на современные достижения биологической науки, русский ученый М. В. Волькенштейн дал новое определение понятию жизнь: "Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот". Это определение не отрицает наличие жизни и на других планетах космического пространства. Жизнь называется открытой системой, на что указывает непрерывный процесс обмена веществ и энергии с окружающей средой. На основании последних научных достижений современной биологической науки дано следующее определение жизни: "Жизнь — это открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы совокупностей живых организмов, построенные из сложных биологических полимеров — белков и нуклеиновых кислот". Основой всего живого считаются нуклеиновые кислоты и белки, так как они функционируют в клетке, образовывают сложные соединения, которые входят в структуру всех живых организмов.

Живые организмы отличаются от неживой природы присущими им свойствами. К характерным свойствам живых организмов относятся: единство химического состава, обмен веществ и энергии, сходство уровней организации. Для живых организмов характерны также размножение, наследственность, изменчивость, рост и развитие, раздражимость, дискретность, саморегуляция, ритмичность и др. 

 Появление живых существ на Земле и их эволюция

Рис. 1. Колония цианобактерий в фумароле вулкана Дзендзур. Камчатка. (Фото Антоненко А.С., Мир дикой природы)Более 4 млрд лет назад на Земле возникла первая жизнь. За это время жизнь прошла большой путь развития, начавшийся спростейших молекулярных  живых растворов появившихся задолго до простейших организмов – каоцерватных капель и заканчивая современными млекопитающими. Параллельно с эволюцией живых существ шла эволюция составляющих их молекул, так первые белки входившие в живые существа обладали более низкой скоростью сворачивания [1].

Первые живые организмы появившиеся на нашей планете не имели ни ДНК, ни даже РНК и обитали в виде живых растворов находившиеся в крошечных полостях, которые часто встречаются в минералах. Роль РНК у первых самовоспровоизводящихся живых обитателей одновременно являвшейся и носителем наследственной информации, и средством её дальнейшего воспроизводства выполняла пептидная нуклеиновая кислота, остовом которой служила цепочка, образованная мономерами N-(2-аминоэтил) глицина (АЭГ) [2, 3]. В дальнейшем произошло её усложнение которое привело к образованию РНК [4]. Через какое-то время эта преджизнь должна была обзавестись собственными оболочками – перейти от доорганизменного уровня к организму. В качестве оболочек этот "живой раствор" использовал каоцерваты состоящие из липтидов [5].

Недавно в самых древних на Земле осадочных породах времен архея, найденных в юго-западной части Гренландии, были обнаружены следы сложных клеточных структур, возраст которых составляет по крайней мере 3,86 млрд лет. 

Рис. 2. Эволюционное дерево отображающее горизонтальный перенос геновПо одной из теорий около 4,1 - 3,6 млрд лет назад во времена эоархейского периода из существовавшего в то время разнообразия одноклеточных живых существ (прокариот) (рис. 1) проживавший тогда первый наш общий предок разделился на несколько ветвей, которые в последствии в свою очередь разделились на ныне существующие царства (животных, растений, грибов, протистов, хромистов, бактерий, архей и вирусов). Со временем остальные жители того периода не выдержали с ними конкуренции и исчезли с лица Земли. [6]

По другой теории - как такового общего предка не существовало, а первые обитавшие в то времы простейшие с помощью горизонтального переноса генов между собой, постояно эволюционировали. Предполагается, что на самых ранних этапах эволюции существовало некое общее генное "коммунальное хозяйство". Картина эволюционных связей в мире предковых прокариот представляла собой не столько дерево, сколько своего рода мицелий с переплетенной сетью горизонтальных переносов в самых разнообразных и неожиданных направлениях. По мере усложнения организмов и развития механизмов полового размножения и репродуктивной изоляции горизонтальный перенос становился более редким явлением (рис. 2) [7].

Примерно в этоже время появляются первые вирусы (рис. 3) [8].

Рис. 3. БактериофагиСледующим этапом эволюции стало появление в палеопротерозойской эре (более 2 млрд. лет назад) первых эукариотов [9] обладающих ядром и явившихся предками современных животных, растений, протистов и хромистов.

Последующие почти 1,5 млрд лет на нашей планете безукоризненно царствовали одноклеточные организмы, пока в эдикарском периоде около 630 млн. лет назад не появились первые многоклеточные существа.   Таких необычных форм в природе не появится уже никогда. В основном это мягкотелые организмы, состоящие из отдельных фракталов. Размеры их тела варьировались от одного сантиметра до одного метра. Выглядели они настолько необычно, что долгое время ученые спорили, к какому царству – растений или животных их можно отнести [10].

Рис. 4. Силурийское мелководьеОколо 480-460 млн лет назад в силурийском периоде на суше появидись первые растения [11] (по некоторым данным в верхнем кембрии 499-488 млн лет назад [12]), а еще спустя 50 млн лет в девонском периоде вслед за растениями на сушу вышли и первые животные [13] (хотя существуют некоторые данные, показывающие, что первые сухопутные животные жили в силурийском (рис. 4) или даже вендском периодах [14]). После этого начало бурное развитие всевозможных живых существ потомками которых ясляемся и мы.

Разнообразие видов живых существ

Сейчас, по наиболее точным оценкам, насчитывается около 1,6 миллиона живущих видов. Из них 860 000 составляют насекомые, 350 000 — растения, 8600 — птицы и только 3200 — млекопитающие. Большая часть остальных видов, около 300 000, относится к морским беспозвоночным. Общее количество — 1,5 миллиона — включает только те виды, описания которых были опубликованы учеными. Считается, что в несколько раз большее количество видов еще не описано. По прикидкам некоторых ученых, в настоящее время существуют около 8,7 миллиона видов эукариотических организмов (плюм-минус 1,3 млн). В это число не входят вымершие виды, известные только в виде ископаемых остатков. Основываясь на количестве уже описанных ископаемых видов, общее количество вымерших – обитавших когда-либо на протяжении более трех миллиардов лет существования жизни на Земле, оценивают в пределах от 50 миллионов до 4 миллиардов.

По расчётам ученых, в Мировом океане обитает 2,2 млн видов, на суше — 6,5 млн. Животных на планете всего около 7,77 млн видов, грибов — 611 тыс., растений — 300 тыс. При этом растениям повезло больше всего: из них описано 72% видов, тогда как животных — 12%, грибов — только 7%. [15]

 Табл.1. Количество видов обитающих на нашей планете

Несмотря на то, что сейчас живет такое многообразие живых существ, за последнее время деятельность человека привела к существенному их уменьшению. Так, например, за последние сто лет на Земле вымерло в результате деятельности человека около пятой части видов живых существ (только 2005-2010 гг. с лица Земли исчезло около 1000 видов), а площадь лесов сократилась вдвое, уменьшаясь каждую минуту примерно на 20 гектаров. 

Разделение классификации:

Антоненко А.С.