Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
  • ×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

      Only 75 emoji are allowed.

    ×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

    ×   Your previous content has been restored.   Clear editor

    ×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      O ile powstanie życia - pierwszej, prostej komórki jest wielka zagadką, o tyle kolejną zagadką jest powstanie organizmów wielokomórkowych. Pierwsze jednokomórkowce powstały cztery miliardy lat temu, ale dwa kolejne miliardy lat minęły, nim zaczęło pojawiać się bardziej złożone formy życia. Jak do tego doszło? Europejscy naukowcy mają nową koncepcję.
      Do tej pory sądzono, że organizmy wielokomórkowe powstały z połączenia się, rodzaju kolonii jednokomórkowców. Poszczególne komórki w takich koloniach współpracowały, potem specjalizowały się, stając się jednocześnie coraz bardziej zależne od innych, komplikując jednocześnie swoją budowę, wytwarzając jądro komórkowe, mitochondria itd.
      Nick Lane, brytyjski biolog z University College London oraz William Martin, niemiecki biolog z University of Duesseldorf uważają, że ten sposób nie zadziałałby, a organizmy wielokomórkowe powstały w inny sposób, dzięki bardzo wyjątkowemu zdarzeniu, co było przyczyną, że tak długo trzeba było czekać. Ich zdaniem najpierw musiały powstać eukarionty - czyli organizmy posiadające jądro komórkowe z mitochondriami, dopiero potem mogły one łączyć się w bardziej złożone życie.
      Dlaczego? Mitochondria są zwane komórkowymi elektrowniami, to one bowiem wytwarzają energię dla komórki. Jądro komórkowe z kolei sprawia, że komórka zawiera wielokrotnie więcej genów (nawet tysiąc razy więcej), może wytwarzać znacznie więcej różnorodnych białek, szybciej więc ewoluuje, komplikuje i dostosowuje do zmian środowiska.
      Prokarionty, czyli prymitywne komórki, pozbawione mitochondriów, zdaniem Lane'a i Martina nie dysponują wystarczającą ilością energii, aby mogły wystarczająco komplikować swoich funkcji. To nadwyżki energii pozwoliły na powiększanie złożoności i specjalizacji. Z kolei brak jądra i mała ilość genów nie dawały możliwości ewolucji, potrzeba było „nadmiaru" różnorodnych genów, żeby zapoczątkować szybką ewolucję wielokomórkową.
      Jak jednak doszło do powstania pierwszej komórki eukariotycznej? Zdaniem autorów studium musiał zaistnieć incydent, w którym jedna komórka znalazła się wewnątrz drugiej. Musiało to być zjawisko nie tylko rzadkie, ale również wymagające dodatkowych okoliczności, żeby coś z tego wyszło. W większości podobnych przypadków zapewne komórki zaczynały walczyć i niszczyły się nawzajem, albo też wewnętrzna komórka stawała się pasożytem i zabijała powoli swojego gospodarza. Jednak wyjątkowy przypadek, w którym tak połączone komórki współpracowały i wspierały się nawzajem, zapoczątkował nową jakość. Większa złożoność dawała przewagę ewolucyjną, a członkowie tandemu stopniowo zaczynali się specjalizować. Wewnętrzna komórka upraszczała się, tworząc jądro i większość zbędnych genów „przelewając" na gospodarza. Bogactwo kodu genetycznego dawało lepsze możliwości przystosowania się, a pojawienie się mitochondriów dało energię na taki proces.
      W ciągu dwóch kolejnych miliardów lat eukarionty rozwinęły się, zróżnicowały i w postaci tak różnorodnych organizmów jak rośliny, owady i zwierzęta zdominowały ekosystem.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy powoli zgłębiają tajemnicę powstania życia, a kolejne eksperymenty pokazują, jak mogło się ono tworzyć i powielać w środowisku podmorskich gorących źródeł. Ale angielscy uczeni pokazali, że równie dobrym środowiskiem mógł być... lód. To jak było?
      Gorące kominy termalne na dnie oceanów są - teoretycznie - wymarzonym miejscem na proces powstania życia. Różnice temperatur, nasycenie wieloma związkami chemicznymi, obieg wody w miniaturowych kanałach, wszystko to sprzyja bogatym i powtarzalnym reakcjom chemicznym. Zresztą już Karol Darwin myślał o miejscu powstania życia jako ciepłym źródle. Ale biolog Philipp Holliger z Laboratorium Biologii Molekularnej (Laboratory of Molecular Biology) w Cambridge, wraz ze swoim zespołem udowodnił, że reakcje replikacji zachodzą doskonale w środowisku lodu, a w każdym razie lepiej, niż w temperaturze pokojowej.
      Mikroskopijne spękania i kanaliki w w lodzie stanowią dobre miejsce dla procesu powstawania molekuł RNA. Podczas procesu zamarzania lód „pozbywa się" rozpuszczonych substancji, stężenie soli i zanieczyszczeń w pozostającej wodzie rośnie, obniżając jej punkt zamarzania. Pozostające w lodzie „kieszonki" z wodą mogą być do tego niezłym środowiskiem.
      Zespół Hollingera odtworzył takie warunki w laboratorium, umieszczając w mikroskopijnych probówkach wodę, sole, cząsteczki będące cegiełkami, z których mogło powstać życie, rybozymy - enzymy RNA mogące uruchamiać reakcje: pełen zestaw, który powinien być zdolny do powielenia samego siebie. Takie, identyczne, zestawy schładzano do różnych temperatur. Okazało się, że w testowanych lodowych probówkach rybozymy nie tylko potrafiły budować nici RNA, ale radziły sobie z tym znacznie lepiej, niż w temperaturze pokojowej. Gdy jest ciepło, reakcja toczyła się szybko, ale szybko ustawała. Natomiast w zimnych warunkach toczyła się powoli, ale zachodziła znacznie dalej, z łatwością wyprzedzając swoim zaawansowaniem ciepłą „konkurencję".
      Nie wszystko oczywiście jest jasne i pomimo wykazania, że reakcja taka może zachodzić w lodzie, do ukończonego procesu replikacji droga jeszcze odległa, udało się na razie doprowadzić budowę nici RNA do długości 32 cegiełek, podczas gdy pełen rybozym ma długość 190.
      Mimo niekompletności, wynik jest znakomity, jak uważa Pierre-Alain Monnard z University of Southern Denmark. Problem, jak zachodziły reakcje biologiczne, zanim mogły liczyć na ochronne środowisko komórki, długo trapił naukowców. Eksperyment pokazał, że takim przytulnym, bezpiecznym miejscem mogły być lodowe kanaliki. Czy mogły w nich zachodzić również inne, potrzebne reakcje i jak one wyglądały - pozostaje to polem dla następnych eksperymentów.
      Badania struktury mikroporów w lodzie powstającym wody o różnym zasoleniu sugerują, że lepszym środowiskiem mogła być zamarzająca słodka woda. Takie warunki istnieją na wielu planetach i księżycach, a nawet niektórych kometach naszego układu słonecznego. Jeśli rzeczywiście życie może powstawać również w lodzie, oznacza to, że może być znacznie bardziej rozpowszechnione we Wszechświecie.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zagadnienie powstania życia jest pełne zagadek. Mimo że nauka rozwiewa kolejne tajemnice, wciąż pozostało wiele do wyjaśnienia, a najtrudniejsze są problemy typu „jajko czy kura". Okazuje się, że niektóre z nich rozwiązują właściwości chemiczne metali przejściowych.
      Od pięćdziesięciu lat wielkim problemem teorii powstania życia jest fakt, że do powstania monomerów potrzebne są pełniące rolę katalizatorów duże cząsteczki białek, a te zbudowane są właśnie z monomerów - tłumaczy Harold Morowitz z George Mason University.
      Zwykło się uważać, że jeśli zrozumiemy rolę węgla, wodoru, azotu, tlenu, fosforu i siarki, będziemy natychmiast w stanie pojąć istotę życia - kontynuuje Morowitz. Ale skoro odkrywamy, że inne stosunkowo rzadkie pierwiastki, metale przejściowe, są niezbędne w biologii, musimy też zapytać o ich rolę w powstaniu życia. Zarys rozwiązania pojawił się podczas studiowania tablicy okresowej pierwiastków. Uważamy, że bez zrozumienia, jaką rolę pełnią zwykłe reakcje chemiczne, nie rozwiążemy problemu.
      Wiarygodne i proste rozwiązanie tej zagadki zaproponowali Morowitz, Vijayasarathy Srinivasan (również pracownik GMU) oraz Eric Smith z Santa Fe Institute. Uważają oni, że metale przejściowe (żelazo, miedź, nikiel itp.) mogą służyć jako prosty katalizator umożliwiający powstawanie aminokwasów i nukleotydów. Byłby to trzeci znany rodzaj katalizatora, oprócz białek i rybozymów. Według modelu zaproponowanego przez uczonych, właśnie w ten sposób, podczas reakcji w podwodnych kominach geotermalnych (już dawniej łączonych z powstaniem życia), „zastartował" metabolizm, czyli samopodtrzymywanie się życia.
      Metale przejściowe mogą łączyć się z ligandami (atomami w związkach kompleksowych, które są bezpośrednio przyłączone do atomu centralnego); atom metalu przejściowego działa wtedy jak ośrodek kompleksu metalowo-ligandowego. Tak mogły one katalizować powstawanie najprostszych monomerów, które z kolei stanowiły podstawę bardziej złożonych cząsteczek.
      Według pomysłodawców tej teorii, życie mogło się rozpocząć dzięki redukcyjnemu cyklowi kwasu cytrynowego (tzw. cyklowi Krebsa, cyklicznemu szeregowi reakcji biochemicznych, niezbędnych wielu mikroorganizmom). Istnieją dowody, że właśnie w środowisku kominów hydrotermalnych panują dogodne warunki do jego przebiegu. Morowitz i współpracownicy zamierzają teraz przeprowadzić eksperymenty sprawdzające katalityczne właściwości związków metali z różnymi ligandami.
      Interesującą konsekwencją tej teorii jest fakt, że powstanie życia byłoby na tyle proste, że mogło do niego dojść nie raz, lecz wielokrotnie. Oznaczałoby to, że powstanie życia jest bardzo prawdopodobne nie tylko na naszej planecie, ale również poza nią.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zagadka powstania życia to zagadka niczym jajko czy kura? Co było najpierw replikacja czy metabolizm? Jedno potrzebuje i wynika z drugiego. Naukowcy z brytyjskiego Uniwersytetu Leeds sądzą, że odpowiedzią jest trzeci element - energia - a wczesne życie mogło czerpać ją z prostych cząstek przypominających działaniem baterie.
      Istnieje wiele, często wzajemnie sprzecznych, teorii na temat powstania życia na Ziemi. Żadna jednak nie potrafi przekonująco wyjaśnić jak materia nieożywiona stała się Życiem. Każda żywa komórka wymaga dostarczania energii, tę zapewnia metabolizm. Energię w żywym organizmie przenoszą szczególne cząsteczki, z których najbardziej znaną jest ATP (adenozynotrifosforan). Ciało człowieka zawiera około 250 gramów tej substancji, to ilość energii porównywalna z baterią paluszkiem. Jest ona jednak w ciągłym użyciu w komórkach ciała, uczestnicząc w regeneracji i oddychaniu komórkowym. Te są sterowane przez enzymy. Tu jednak pojawia się problem, co było pierwsze. Nie można stworzyć ATP bez enzymów, nie można stworzyć enzymów bez ATP. Może jednak pierwotnie energia była dostarczana w inny, znacznie prostszy sposób? Zdaniem dra Terry'ego Kee właśnie tak mogło być, a kluczem są proste związki zwane pirofosforynami, które chemicznie funkcjonują bardzo podobnie do ATP - również przenoszą energię. Jednak nie potrzebują do tego enzymów. Byłyby to więc swojego rodzaju akumulatory energii.
      Zarówno ATP, jak i pirofosforyny swoje energetyczne właściwości zawdzięczają jednemu pierwiastkowi - fosforowi. On także tworzy szkielet DNA i jest niezastąpiony w strukturze ścian komórkowych, jego rola dla życia jest więc nieoceniona. Jego powszechność i niezastąpioność sprawia, że pomysł dra Kee wydaje się prawdopodobny.
      Kluczowa rola fosforu w powstaniu życia czyni intrygującą inną zagadkę - skąd odpowiednia ilość wzięła się w atmosferze wczesnej Ziemi. Jedna z teorii mówi, że został przyniesiony w licznych meteorytach bombardujących jej powierzchnię - jest bowiem często znajdowany w minerałach pochodzenia kosmicznego. Kwaśne środowisko wulkaniczne młodej Ziemi mogło sprzyjać powstawaniu właśnie pirofosforynów. Ale to już zagadka geologiczna.
      Badania będą kontynuowane we współpracy z NASA, która zainteresowała się pomysłem.
×
×
  • Create New...