Тема форума: «Возникновение жизни на Земле»

автор: nan сообщение №11296

Эволюция - не разовый акт творения

И это утверждение - ключ к объяснению многих "феноменов", кажущихся невероятными, если предположить ТОЛЬКО ОДНОРАЗОВЫЙ ОТБОР.
Вот конкретный пример из реальной жизни.
Существует способ отбора мутирующих молекул РНК "в пробирке". Суть этого способа заключается в том, что последовательные поколения молекул РНК пропускают через определённые сорбенты, которые позволяют им связываться с определёнными молекулами.
Допустим мы хотим получить из исходного пула тРНК в результате искуственной эволюции тРНК-подобную структуру, способную специфичиски аминоацилироваться, то есть присоединять аминокислоту к акцепторному стеблю но без белков, а с помощью каталитической активности самой РНК (получить экспериментальное доказательство того, что в гипотетическом мире РНК сами молекулы РНК без белков могли бы осуществлять присоединение аминокислот к тРНК).
Количество вносимых изменений должно быть гигантское - 10 в чёрт знает какой степени, короче нереальное количество.
А тем не менее экспериментально это довольно легко достижимо.
Это удаётся сделать всего за несколько раундов селекции.
Почему? Да потому, что с каждым раундом мы ОБОГАЩАЕМ фракции тРНК-подобных молекул, отобранных на сорбентах по способности связывать аминокислоты.

Источники информации, которые позволяют нам строить модели и гипотезы отдельных этапов происхождения жизни.
1. Геологические данные. Они дают два вида информации. Первый вид - геохронологию, которая в частности позволяет откалибровать молекулярные часы эволюции. Это значит - имерить скорость накопления случайных мутаций.
Второй вид информации - анализ геохимических циклов. Возможно, что древние геохимические циклы явились прообразом древних биохимических циклов.
2. Анализ современных организмов.
«...при рассмотрении биохимии в целом, включая процессы, протекающие у всех видов животных и растений, а также бактерий и вирусов, обнаруживалось необычайное единство и экономичность. Все снова и снова мы встречаемся с одними и теми же химическими реакциями и структурами — вплоть до деталей атомной структуры. И даже там, где наблюдаются вариации, это вариации на одну и ту же тему. Так, например, порфирины используются в дыхательных ферментах, при фотосинтезе и при переносе кислорода у высших животных». Дж. Бернал.
Вопрос происхождения жизни возникал на новом более глубоком уровне всякий раз, как менялись представления о живых организмах. Эволюционный процесс исторически первоначально рассматривался в перую очередь на основе сравнительно-морфологических данных, дополненные позднее данными из физиологии и эмбриологии. После формулировки клеточной теории возник вопрос о происхождении клетки. Изучение химического состава живых клеток поставило вопрос о происхождении белков. Когда стали известны строение и функции ДНК, РНК, белков возник вопрос о механизме и, в частности, последовательности появления этих ключевых макромолекул. ДНК способна хранить наследственную информацию, но не выполняет каталитические функции и без белков не может реплицироваться, белки же не могут самовоспроизводиться. РНК, казалось бы, играет лишь роль посредника между ДНК и белками и, в некоторых случаях, выполняет структурные (рРНК) и транспортные (тРНК) функции. Эта посредническая роль, а также тот факт, что молекула РНК в отличие от ДНК может принимать большое количество конформаций, позволило предположить Карлом Везе и Лесли Оргелом уже в 60-х годах прошлого века о первичности происхождения именно молекул РНК и возможности их фукнционирования как катализаторов, что впоследствии было блестяще подтверждено.
Появление базы данных последовательностей белков и нуклеиновых кислот позволили зародиться новому разделу науки – теории молекулярной эволюции.
Другими словами, чем лучше мы знаем КАК устроена жизнь, тем лучше мы сможем разобраться, КАК она возникла.
3. Искусственное моделирование различных этапов происхождения жизни.
Это касается не только моделирования возможных механизмов абиогенного синтеза органических соединений (вроде известных опытов Миллера, Поннамперума и др.).
Существенную роль стали играть эксперименты с информационными биологическими молекулами, особенно с РНК. Особенно примечателен разработанный в начале 90-х годов прошлого века метод эволюции РНК in vitro («в пробирке»), который дал возможность получать новые рибозимы (РНКовые катализаторы) способные частично имитировать многие свойства гипотетического предкового мира РНК. Представления о возможностях РНК катализа значительно расширились с развитием методов искусственного отбора и амплификации молекул из синтезированных хаотических последовательностей РНК. Эти методы, используемые для получения рибозимов с новыми каталитическими функциями, по существу воспроизводят принципы химической эволюции, естественно, с учетом того, что условия проведения современных экспериментов далеки от физико-химических условий, существовавших в эру предбиологической эволюции.
Фактически искуственное моделирование, подобно следственному эксперименту, должно служить важнейшим аргументом того, как возникла жизнь. Это моделирование в перспективе должно служить для ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ КЛЮЧЕВЫХ ЭТАПОВ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЖИЗНИ.
4. Анализ консервативных молекул и механизмов.
Современные биохимические механизмы несут на себе отпечаток эволюционного прошлого – «родимые пятна» своей эволюционной истории. Есть особые компоненты у живых организмов, которые ПОЧТИ НЕ МЕНЯЮТСЯ, ИЛИ МЕНЯЮТСЯ ОЧЕНЬ СЛАБО. Кроме центрального биосинтеза к ним относятся рибосомы (на них синтезируются белки), кофакторы белкового синтеза (многие из них мы считаем витаминами), многие ферменты, участвующие в синтезе белка. БОЛЬШИНСТВО КОМПОМНЕНТОВ СИНТЕЗА БЕЛКА ОЧЕНЬ МАЛО ИЗМЕНИЛИСЬ ЗА МИЛЛИАРДЫ ЛЕТ! А генетический код почти не изменился. Каким он был, таким и остался.
Следует иметь в в виду, что кодирующие макромолекулы (ДНК и РНК) эволюционируют с разными скоростями. Наиболее медленно изменяются обычно гены и белки, ответственные за протекание некторых очень рано возникших генетических процессов, представленных у значительной части, или даже всех форм жизни. К ним относятся гены рибосомных РНК, рибосомных белков, тРНК, аминоацил-тРНК-синтетаз, многих рибозимов, некоторых гистонов и др.
В настоящее время именно анализ таких консервативных молекул и механизмов (их называют молекулярными реликтами) дал наиболее детальную информацию о ранней эволюции жизни.