- Esimene osa: kuidas teha lahtrit -
- Kolmas osa: esimese replikaatori otsimisel -
- Neljas osa: prootonite energia -
- Viies osa: kuidas siis lahtrit luua? -
- Kuues osa: Suur ühendamine -
1950. aastate alguseks olid teadlased eemaldunud kauaaegsest eeldusest, et elu oli jumalate kingitus. Selle asemel hakkasid nad uurima võimalust, et elu varakult Maal moodustus spontaanselt ja loomulikul teel - ja tänu Stanley Milleri maamärkide eksperimendile said nad isegi sellele ideele praktilist tuge.
Samal ajal kui Miller üritas elumaterjali nullist teha, mõistsid teised teadlased, millistest geenidest see koosneb. Selleks ajaks olid teada saanud paljud bioloogilised molekulid. Suhkrud, rasvad, valgud ja nukleiinhapped nagu "desoksüribonukleiinhape" või lühidalt DNA.
Täna oleme harjunud, et meie geenid kannavad DNA-d, kuid 1950-ndate bioloogide jaoks tuli see šokina. Valgud on keerukamad, nii et teadlased arvasid, et need on geenid.
1952. aastal lükkasid selle idee ümber Alfred Hershey ja Martha Chase Washingtoni Carnegie Instituudist. Nad uurisid lihtsaid viirusi, mis sisaldavad ainult DNA-d ja valku ning mis peavad paljunema bakterid. Nad leidsid, et viiruse DNA satub bakterisse ja valgud jäävad väljapoole. Ilmselt oli geneetiline materjal DNA.
Järeldused Hershey ja Chase on käivitanud meeletu võistluse, et selgitada välja DNA struktuur ja kuidas see töötab. Järgmisel aastal lahendasid Francis Crick ja James Watson Suurbritannia Cambridge'i ülikoolist selle probleemi - nende kolleegi Rosalind Franklini hindamatu abiga.
Nende avastusest sai 20. sajandi üks suuremaid teaduslikke avastusi. See muutis ka elu päritolu otsinguid, paljastades uskumatu keerukuse, mis elusrakkudes varitses.
James Watson ja Francis Crick oma DNA mudeliga
Reklaamvideo:
Crick ja Watson mõistsid, et DNA on kahekordne spiraal, nagu keerdtrepp. Redeli kaks “poolust” olid üles pandud nukleotiidimolekulidega.
See struktuur selgitas, kuidas rakud oma DNA-d kopeerivad. Teisisõnu, ta paljastas, kuidas vanemad teevad oma geenidest koopiaid ja annavad neid edasi oma lastele.
Peamine on see, et selle kahekordse spiraali saab "lahti pakkida". See paljastab geneetilise koodi, mis koosneb geneetiliste aluste A, T, C ja G järjestustest, mis on tavaliselt lukustatud DNA redeli kopsudesse. Seejärel kasutatakse iga ahelat koopia taasloomiseks mallina.
Selle mehhanismi kaudu anti geenid vanemalt lapsele juba elu algusest peale. Iidne bakter andis teie geenid edasi - neid korrati igal sammul, kasutades Cricki ja Watsoni avastatud mehhanismi.
Crick ja Watson tutvustasid oma leide ajakirjas Nature 1953. aastal ilmunud artiklis. Järgneva mitme aasta jooksul üritasid biokeemikud välja mõelda, millist teavet DNA kannab ja kuidas seda teavet elusrakkudes kasutatakse. Esmakordselt olid ekraanil elu sisemised saladused.
Selgus, et DNA teeb ainult ühte tööd. Teie DNA ütleb teie rakkudele, kuidas valke teha: molekulid, mis täidavad olulisi ülesandeid. Ilma valguta ei saaks te toitu seedida, süda seiskub ja hingamine on võimatu.
Kuid DNA kasutamine valkude valmistamiseks on osutunud äärmiselt keerukaks. See on muutunud suureks probleemiks kõigile, kes üritavad selgitada elu päritolu, kuna on raske ette kujutada, kuidas midagi nii keerulist iseenesest sündida võiks.
Iga valk on pikk aminohapete ahel, mis on ühendatud kindlas järjekorras. Nende aminohapete järjestus määrab valgu kolmemõõtmelise kuju ja seega ka selle eesmärgi.
See teave on kodeeritud DNA alusjärjestuses. Nii et kui rakk peab valmistama spetsiifilise valgu, loeb ta aminohappejärjestuse saamiseks DNA-s vastava geeni.
Kuid seal on nüanss. DNA on väga väärtuslik, mistõttu eelistavad rakud seda ohutuna hoida. Nii kopeerivad nad DNA-st saadud teabe teise aine, RNA (ribonukleiinhappe) lühikestele molekulidele. Kui DNA on raamatukoguraamat, siis on RNA oluline paberitükk. RNA on nagu DNA, ainult sellel on alati üks ahel.
Lõpuks toimub selles RNA ahelas oleva teabe muundamine valguks äärmiselt keerulises molekulis, mida nimetatakse ribosoomiks. See protsess toimub igas elusrakus, isegi kõige lihtsamates bakterites. See on elu jaoks sama oluline kui toit ja õhk. Kõik elu päritolu selgitused peavad näitama, kuidas see keeruline kolmainsus - DNA, RNA ja ribosoomi valk - tekkis ja tööle hakkas.
Rakud võivad olla uskumatult keerulised
Ja järsku tunduvad Oparini ja Haldane'i ideed juba naiivsed ja lihtsad ning mitme aminohappe tootmiseks loodud Milleri eksperiment on täiesti amatöörlik. Tema uurimistöö oli alles esimene samm pikal teel.
"DNA paneb RNA-d tegema valke ja see on kõik suletud kemikaalikotis," ütleb John Sutherland. “Vaatad seda ja imestad, kui keeruline see on. Mida saaksime teha orgaanilise keemia leidmiseks, mis teeb selle kõik korraga?
Esimene inimene, kes üritas sellele küsimusele otse vastata, oli inglise keemik Leslie Orgel. Ta oli üks esimesi, kes nägi Cricki ja Watsoni DNA-mudelit ning aitas hiljem NASA-l Vikingi programmiga, mis saatis Marsile maandumismoodulid.
Orgel kavatses ülesannet lihtsustada. 1968. aastal tegi ta Cricki toetusel ettepaneku, et esimesel elul ei olnud valke ega DNA-d. Selle asemel tehti see peaaegu täielikult RNA-st. Sel juhul pidid primaarsed RNA molekulid olema eriti mitmekülgsed. Ühelt poolt pidid nad suutma iseendast koopiaid luua, kasutades eeldatavalt sama sidumismehhanismi nagu DNA.
Ideel, et elu algas RNA-st, on olnud tohutu mõju. Ja käivitas teadussõja, mis jätkub tänapäevani.
DNA on kõigi elusate asjade keskmes
Eeldades, et elu sai alguse RNA-st ja millestki muust, oletas Orgel sisuliselt, et elu üks olulisemaid aspekte - võime ennast paljuneda - tuli kõigi teiste ette. Teatud mõttes ei pakkunud ta mitte ainult seda, kuidas elu kujunes: ta soovitas midagi elu olemuse kohta.
Paljud bioloogid nõustuvad Orgeli mõttega "kõigepealt taastoota". Darwini evolutsiooniteoorias on keskmes võime järglasi toota: see on ainus viis organismil "võita" - jätta lapsed maha.
Kuid elul on ka muid funktsioone, mis tunduvad sama olulised. Kõige ilmsem on ainevahetus: võime eraldada keskkonnast energiat ja kasutada seda oma elu säilitamiseks. Paljude bioloogide jaoks määrab metabolism elu esmase olemuse ja paljunemine alles hiljem.
Seetõttu on 1960. aastatest alates elu päritolu uurinud teadlaste ring lõhestatud.
“Peamine jaotus oli esiteks ainevahetus versus geneetika,” räägib Sutherland.
Vahepeal toetab kolmas rühm hüpoteesi, et alguses oli võtmemolekulide jaoks anum, mis ei lasknud neil häguneda. "Lahtrisse jaotamine oleks pidanud toimuma esimesena, sest kui te pole lahterdatud, siis pole mõtet metaboliseerida," ütleb Sutherland. Teisisõnu - nagu Oparin ja Haldane olid aastakümneid varem rõhutanud - pidi olema rakk, mis võib olla suletud lihtsate rasvade ja lipiidide membraaniga.
Kõik kolm ideed said järgijaid ja jäid ellu tänapäevani. Teadlased on nende ideid kirglikult toetanud, mõnikord isegi täiesti pimesi. Segadused teadlaste ridades saavutasid haripunkti ja tulemusi kajastavad ajakirjanikud väitsid sageli, et "teised teadlased on lollid" või veel hullem.
Tänu Orgelile on elu RNA-ga alustamise idee värskendanud liikumist lahenduse poole. Siis tulid 1980-ndad ja koos nendega tuli avastus, mis kinnitas suuresti Orgeli ideed.
RNA võiks olla võtmeks elu alustamisel
ILYA KHEL
- Esimene osa: kuidas teha lahtrit -
- Kolmas osa: esimese replikaatori otsimisel -
- Neljas osa: prootonite energia -
- Viies osa: kuidas siis lahtrit luua? -
- Kuues osa: Suur ühendamine -
