Первый живой организм
Первы́й живо́й органи́зм — система, состоящая из набора разнесённых в пространстве (не смешивающихся) специфичных локальных сред, объединённых общей перемешивающейся жидкой средой, и самореплицирующихся низкомолекулярных РНК. Он был назван «диффузный организм» авторами теории происхождения жизни, Николаем Петровичем Коломийцевым и Надеждой Яковлевной Поддубной[1]. Диффузный организм фактически является подобием структурно-функциональной организации биосинтетического аппарата клетки.
Гипотезы происхождения жизни
Вопрос происхождения жизни на протяжении тысячелетий является объектом интереса многих учёных. Современные гипотезы можно разделить на несколько категорий: 1) «сначала метаболизм»; 2) «сначала репликатор»; 3) «гипотеза двойного происхождения»; 4) «диффузный организм».
Гипотезы первой группы («сначала метаболизм») следуют теории коацерватов Опарина. Они связывают переход от неживого к живому с возникновением примитивного метаболизма и метаболических процессов, появившихся до репликаторов. Сеть биосинтетических и метаболических путей обязательно заключена в коацерватные капли, минеральные компартменты или липидные или белковые микросферы. Предполагается, что им была присуща способность расти, воспроизводиться и даже развиваться. Действительно, белковые фрагменты образуются легче, чем нуклеотиды. Наиболее эффективные известные катализаторы (ферменты) имеют белковую природу. Мембраны и стенки защищали бы сложные молекулы от окружающего раствора. В случае первичности метаболизма невозможна адаптивная эволюция, что не позволяет отнести коацерватов к живым организмам[2]. К тому же барьеры в виде стенок и мембран на том этапе эволюции препятствовали бы свободному перемещению водорастворимых веществ между живой системой и окружающей средой[1].
Гипотезы второй группы известны как гипотезы мира РНК. Термин «мир РНК» впервые был употреблён Уолтером Гилбертом в 1986 году. Гипотеза предполагает, что именно РНК действовала как репликатор и катализатор собственной сборки и репликации. Среди доказательств теории упоминаются обнаружение каталитических РНК и их искусственное создание[3]. Но проблемой остаётся трудность абиотического синтеза РНК и её хрупкость[1].
Гипотезы третьей группы восходят к идеям Опарина. Согласно этой модели, жизнь началась с протоклеток. Протоклетки представляли собой белковые системы, которые размножались путем статистического деления. Позже протоклетки были «заражены» паразитическими нуклеиновыми кислотами[4]. Экспериментально была показана возможность захвата макромолекул липосомами. Но постепенный переход метаболических процессов под контроль информационных молекул по-прежнему кажется маловероятным[1].
Концепция «диффузного организма» схожа с моделью «мира РНК», но в отличие от последней учитывает ряд фактов:
- более лёгкий синтез полипептидов, чем полирибонуклеотидов;
- необходимость сложных катализаторов для образования рибозимов с высокой каталитической активностью, которыми могли быть только относительно крупные РНК со сложной третичной структурой;
- возможность образовываться спонтанно или с помощью очень простых катализаторов только очень маленьких молекул РНК;
- несовместимость специфических сред, необходимых для синтеза различных органических соединений;
- аналогичность структурной организации первых живых систем со строением простейших современных живых существ[1].
Структурно-функциональная организация
Возникновение первой живой системы сопряжено с редким стечением случайных обстоятельств. Произошло это в некоторой области открытого океана, в морском заливе, в наземном или подземном водоёме[1].
Появление жизни, несомненно, связано с возникновением достаточно точной способности репликации нуклеиновых кислот[2]. Информационная часть диффузного организма представляла собой самореплицирующуюся низкомолекулярную молекулу РНК, которая содержала необходимую для точного самоудвоения информацию[1].
Как и все живые организмы, диффузные организмы имели и соматическую часть. С другой стороны, объёма коацервата, мембранного пузырька или крошечной полости в минерале недостаточно для формирования устойчивой во времени саморазвивающейся системы. Но и целый «пруд» также не смог бы обеспечить существование ряда специфических, несовместимых сред, необходимых для синтеза различных органических молекул. Исходя из этого, материальная система представляла собой разнесённые в пространстве специфичные локальные среды, объединённые общей перемешивающейся средой. Отсутствие фиксированных границ и рассеянность частей системы в пространстве послужило основой для названия «диффузный организм». Строительные блоки (РНК и белки), синтезировались в отдалении от места репликации. Позже они, вероятно, сближались благодаря диффузии, непрерывного конвекционного потока жидкости, а также водных потоков, индуцированных действием ветров, приливов и сил Кориолиса[1].
Отличительной особенностью структурно-функциональной организации диффузного организма является односторонняя зависимость информационного части от соматической. Соматическая часть выступает для репликаторов как часть среды. Можно говорить о паразитизме информационной части по отношению к соматической[1].
Организм-популяционный дуализм
Диффузный организм включает в себя множество точных репликаторов, воспроизводящихся независимо друг от друга. В ходе этого процесса молекулы РНК соперничали за ресурсы в соматической части. Таким образом, происходил внутриорганизменный (межмолекулярный) отбор. Единицами отбора были рибонуклеиновые кислоты (на более поздней стадии эволюции — вместе с продуктами трансляции) с высокой точностью саморепликации. Диффузный организм представляет собой популяционную систему, в рамках которой происходит биологический отбор[2].
В то же время, различные другие нуклеиновые кислоты и продукты их трансляции, самосборочные полипептиды, переносчики химической энергии и другие молекулы, присутствующие в диффузном организме, в своих эволюционных изменениях не зависят от репликаторов. Однако они обеспечивают выживание и успешное самовоспроизведение точных репликаторов и в комплексе с ними выполняют функции организмов[1].
Простейшие современные диффузные организмы
Сегодня системы, очень похожие на первый диффузный организм, это вироиды. Особенности строения и функционирования их РНК указывают на древность вироидоподобных образований[1].
Информационная часть современных вироидов тоже представлена молекулой РНК. Вироидная РНК и состоит из 246—401 нуклеотидов (первый диффузный организм, вероятно, имел РНК длиной не более 200 нуклеотидов). Во-вторых, заражая растительный организм, вироидные диффузные организмы, как и предки, не имеют фиксированных границ. Так, они могут занимать часть объёма клетки; несколько соседних клеток, проходя через межклеточные контакты; целый растительный организм или его часть, проходя по каналам сосудистой системы[1].
На данный момент единственным проблемным моментом концепции диффузного организма остаётся отсутствие данных о его самостоятельном/непаразитическом существовании в природе[1].
Примечания
- ↑ 1,00 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,10 1,11 1,12 Kolomiytsev N. P, Poddubnaya N. Y. The Diffuse Organism as the First Biological System (англ.) // Biological Theory : журнал. — 2010. — 22 March (vol. 5, no. 1). — P. 67—78.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 Kolomiytsev N. P., Poddubnaya N. Ya. The origin of life as a result of changing the evolutionary mechanism (англ.) // Rivista di Biologia : журнал. — 2007. — January (vol. 100, no. 1). — P. 11—16.
- ↑ Gilbert W. Origin of life: The RNA world (англ.) // Nature : журнал. — 1986. — 20 February (vol. 319). — P. 618.
- ↑ Dyson F. Origins of life. — Cambridge: Cambridge University Press.
Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!