Исследование происхождения жизни ставит перед учёными фундаментальный вопрос: каким образом произошёл переход от неживых химических соединений к первым живым организмам? Хотя этот процесс до сих пор содержит множество загадок, современные достижения молекулярной биологии позволили выдвинуть убедительную гипотезу и определить ключевого «кандидата» на роль общего предка всей жизни на нашей планете.
Ключевой игрок: молекула-репликатор
Этим кандидатом является так называемый Репликатор. Репликаторы представляют собой сложные молекулы, которые возникли в результате длительной химической эволюции в условиях ранней Земли. Их главная и определяющая особенность — способность к самокопированию. Они используют окружающие химические «строительные блоки» для создания своих точных копий.
На изображении: азотистые основания и рибосомы — сложные молекулярные машины, ответственные за синтез белков в современных клетках. Их появление стало возможным благодаря эволюции первых репликаторов.
Гипотеза «мира РНК» и роль рибозимов
Согласно одной из ведущих теорий, первой молекулой-репликатором мог быть рибозим. Рибозим — это молекула РНК, обладающая каталитической активностью, подобной ферментам. Некоторые рибозимы способны катализировать репликацию других цепочек РНК, что делает их идеальными кандидатами на роль первичных самокопирующихся систем. Эта концепция легла в основу гипотезы «мира РНК», где РНК выполняла и информационную, и каталитическую функции до появления ДНК и специализированных белков.
Схематическое изображение молекулы-репликатора. Подробнее о молекулярных механизмах репликации можно прочитать в специализированных источниках, например, в статье о молекулах-репликаторах в Википедии.
От ошибок к эволюции: путь к первой клетке
Процесс самокопирования никогда не бывает абсолютно точным. В нём периодически возникают ошибки — мутации. Именно эти ошибки стали двигателем прогресса. Мутации приводили к появлению репликаторов с новыми физико-химическими свойствами. Некоторые из новых вариантов оказывались более устойчивыми или эффективными в копировании. Так началась доклеточная эволюция.
Со временем успешные репликаторы могли «обрастать» полезными структурами: стабилизирующими оболочками из липидов (прообраз мембран) или ассоциироваться с другими биополимерами. Мутационное разнообразие закреплялось в последующих поколениях копий, создавая наследственную информацию. Вполне вероятно, что этот процесс шёл параллельно во многих группах молекул, которые в конечном итоге объединились в единую сложную структуру — протоклетку, прямую предшественницу первой живой клетки.
Визуализация сложности: от молекул к клеткам
На 3D-модели показана структура клеточной мембраны, состоящая из двойного слоя фосфолипидов и встроенных белковых молекул. Такие сложные структуры стали возможны благодаря миллиардам лет эволюции, начавшейся с простых репликаторов.
Современные технологии визуализации позволяют создавать детальные модели, иллюстрирующие внутреннее строение живых клеток, демонстрируя невероятную сложность, возникшую из относительно простых начал.
3D-модель структуры живой клетки, где разными цветами обозначены белковые комплексы и липидный бислой мембран. Такие модели помогают понять общий план строения эукариотических (например, животных) клеток.
Более наглядно этот удивительный путь от молекулы к клетке можно увидеть в видеоформате.
Спасибо за внимание! Если вам интересна биология, микроскопический мир и загадки эволюции, в моём профиле вы найдёте много других материалов. Подписывайтесь, чтобы не пропустить новое!
Другие ресурсы по теме:
Мой блог о биологии на Дзене
Группа ВКонтакте
YouTube-канал
Telegram-канал (блог о жизни и работе биолога)
Больше интересных статей здесь: Наука и техника.
Источник статьи: Первая «живая» молекула.