Wie das Leben begann: Schlägt neue Forschung einfachen Ansatz

Irgendwo auf der Erde, in der Nähe von 4 Milliarden Jahren eine Reihe von molekularen Reaktionen betätigte einen Schalter und wurde zu leben. Wissenschaftler versuchen, diese belebende Veranstaltung durch Vereinfachung der Verfahren, die Lebewesen charakterisieren vorstellen.

Neue Forschung schlägt vor, dass die Vereinfachung muss weiter gehen.

Alle derzeit bekannten Organismen setzen auf DNA zu replizieren und Proteine zu laufen zellulären Maschinerie, aber diese großen Moleküle – komplizierte webt Tausender von Atomen – sind nicht geeignet, schon seit den ersten Organismen zu verwenden.

"Leben von kleinen Molekülen, die Natur zur Verfügung gestellt, begonnen haben könnte" sagt Robert Shapiro, Chemiker an der New York University.

Shapiro und andere bestehen darauf, dass die ersten Lebensformen eigenständige chemische Experimente waren, die wuchs, reproduziert und selbst entwickelte sich ohne komplizierte Moleküle, die Biologie zu definieren, wie wir ihn heute kennen.

Ursuppe

Eine oft erzählte Origin of Life-Geschichte ist, dass komplexe biologische Verbindungen durch Zufall aus einer organischen Brühe auf der frühen Erde Oberfläche montiert. Diese Pre-biotische Synthese gipfelte in einem dieser Bio-Moleküle in der Lage, Kopien von sich selbst machen.

Die erste Unterstützung für diese Idee des Lebens aus der Ursuppe kam aus dem berühmten 1953-Experiment von Stanley Miller und Harold Urey, in dem sie Aminosäuren gemacht-die Bausteine von Proteinen – indem Sie Funken auf einem Reagenzglas aus Wasserstoff, Methan, Ammoniak und Wasser.

Wenn Aminosäuren aus rohen Zutaten, dann größere zusammenkommen könnten, könnten komplexe Moleküle vermutlich genug Zeit bilden. Biologen haben verschiedene Szenarien entwickelt, in denen dieser Assemblage im Gezeitenbecken, in der Nähe von Unterwasser Vulkanschlote, auf der Oberfläche der Ton Sedimente, oder sogar im Weltraum stattfindet.

Aber waren die erste komplexe Moleküle, die Proteine oder DNA oder etwas anderes? Biologen Gesicht ein Henne-Ei-Problem in dieser Proteine sind notwendig, um die DNA, aber DNA-Replikation ist notwendig, den Bau der Proteine zu beauftragen.

Viele Forscher denken daher, dass RNA – ein Cousin von DNA – das erste komplexe Molekül auf dem Leben beruht gewesen sein mag. RNA trägt genetische Informationen wie DNA, aber es kann auch direkte chemische Reaktionen, wie Proteine.

Stoffwechsel erste

Shapiro, denkt jedoch, dass diese sogenannte "RNA-Welt" noch zu komplex, um den Ursprung des Lebens ist. Informationen-tragenden Moleküle wie RNA sind Sequenzen von molekularen "Bits." Die Ursuppe wäre voll von Dingen, die diese Sequenzen beenden würde, bevor sie lange genug, um nützlich sein wuchs, sagt Shapiro.

"Ganz am Anfang konnte nicht habt ihr genetisches Material, das selbst kopieren könnte, es sei denn, Sie hatten Chemiker damals tut es für dich," Shapiro sagte LiveScience.

Anstelle von komplexen Molekülen begann das Leben mit kleinen Molekülen, die Interaktion durch einen geschlossenen Kreislauf von Reaktionen, Shapiro argumentiert in der Juni-Ausgabe der Quarterly Review of Biology. Diese Reaktionen würde Substanzen produzieren, die wieder in den Kreislauf füttern würde eine immer größer werdende Reaktion Netzwerk zu schaffen.

Die miteinander verbundenen Chemie in einfache Membranen enthalten sein könnte, oder was Physiker Freeman Dyson nennt "Müllsäcke." Diese können unterteilen, wie Zellen, mit jeder neuen Beutel tragen die Chemikalien neu starten – oder replizieren – die ursprünglichen Zyklus. Auf diese Weise könnte "Erbinformation" weitergegeben werden.

Darüber hinaus könnte dieses System entwickeln, durch die Schaffung von mehr komplizierte Moleküle, die die Reaktionen besser als die kleinen Moleküle durchführen würden. "Das System würde lernen, etwas größere Moleküle zu machen", sagt Shapiro.

Dieser Ursprung des Lebens, basierend auf kleinen Molekülen wird manchmal genannt "Stoffwechsel erste" (zu vergleichen Sie es mit der "Gene erste" RNS-Welt). Zur Beantwortung Kritiker, die sagen, dass kleine Molekül Chemie nicht genug organisiert, um Leben hervorzubringen, Shapiro führt das Konzept der eine energetisch günstige "Fahrerreaktion", die als eine konstante Motor laufen die verschiedenen Zyklen handeln würde.

Fahren den ersten Schritt in der evolution

Ein möglicher Kandidat für Shapiros Fahrerreaktion könnte vor kurzem in eine Unterwasser Mikrobe, Methanosarcina Acetivorans, entdeckt wurden die isst Kohlenmonoxid und Methan und Acetat (bezogen auf Essig) vertreibt.

Biologe James Ferry und Geochemiker Christopher House an der Penn State University herausgefunden, dass diese primitiven Organismus Energie aus einer Reaktion zwischen Acetat und das Mineral Eisen Sulfid bekommen kann. Im Vergleich zu anderen Energie-Nutzung der Prozesse, die Dutzende von Proteinen erfordern, läuft diese Acetat-basierte Reaktion mit Hilfe von zwei sehr einfache Proteine.

Die Forscher schlagen in dieser Monatsausgabe von molekulare Biologie und Entwicklung , dass diese abgespeckte geochemische Zyklus war, was die ersten Organismen verwendet, um ihr Wachstum macht. "Dieses Zyklus ist, wo alle Evolution hervorgegangen aus," sagt der Fähre. "Es ist der Vater allen Lebens."

Shapiro ist skeptisch: etwas musste die zwei Proteine zu bilden. Aber er denkt, dass diese Entdeckung in die richtige Richtung weisen könnte. "Wir haben, Natur, die uns beauftragen zu lassen", sagt er.

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