forlaiten (forlaiten) wrote,
forlaiten
forlaiten

Category:

ЖИЗНЬ и ТЕРМОДИНАМИКА: в защиту мира РНК.


Термодинамика дала неожиданное подтверждение гипотезы о том, что древнейшие прото-организмы состояли из РНК.

Давайте проведем мысленный эксперимент. Представьте себе коробку, содержащую весь набор атомов и молекул, имевшихся в «пребиотическом бульоне», в котором некогда зародилась жизнь, и в тех же пропорциях. Вопрос состоит в том, с какой вероятностью они в ходе случайных столкновений сложатся хотя бы в самую простую живую клетку – какую-нибудь прото-бактерию?

[Spoiler (click to open)]
Вопрос этот чрезвычайно непрост и неоднозначен. Расчеты «в лоб» говорят о том, что подобное практически невероятно, что часто служит одним из доводов, используемых креационистами – дескать, вероятность такого события не больше, чем вероятность того, что ветер, пронесшийся над свалкой запчастей, сам собой соберет современный авиалайнер. Сейчас мы не будем вдаваться в рассуждения по этой проблеме – о ней лучше прочесть в «Википедии». Лучше расскажем о том, что выудил из этой воображаемой коробки американский биофизик Джереми Ингланд (Jeremy England).
Стоит заметить, что самую зубодробительную задачу – определение того, что считать жизнью – Ингланд выносит за скобки. Для этого к нашему мысленному эксперименту он добавил некоего всеведущего биолога, который может оценивать каждую возникающую комбинацию и объявлять ее «бактерией», или же нет. В данном случае нас не интересует, как конкретно выглядит эта комбинация, речь о принципе: спустя определенное время после появления в коробке «бактерии», время, достаточное для ее деления и репликации, этот умозрительный биолог снова смотрит в коробку и проверяет, действительно ли «прото-организм» реплицировался, дав «живых» потомков.
Продолжаем наш мысленный эксперимент. Теоретически, этот всеведущий биолог мог бы проверить таким образом каждое возможное состояние молекул в коробке и выделить те их них, при которых произошло появление и деление «бактерии». Для каждого такого случая мы можем посчитать сопровождавший его рост энтропии. Иначе говоря – получить описание термодинамического состояния системы до и после деления, и тем самым оценить возможность прохождения этого процесса. Параллельно этому Ингланд рассмотрел и термодинамическую картину обратного процесса, случайной «гибели» «бактерии» с распадом на исходные молекулы.
Иначе говоря, Ингланд рассмотрел Второе начало термодинамики применительно к системе, условно представляющей абиотический бульон, в котором могло проходить появление первых живых организмов. С учетом целого ряда данных – например, о характере пептидных связей между аминокислотами в белке – ученый рассчитал изменение термодинамического состояния бактериальной системы до и после деления. Оказалось, что процесс этот чрезвычайно эффективен: по оценке Ингланда, при этом в виде тепла рассеивается лишь очень малое количество энергии, всего вдвое больше теоретически возможного минимума.
Аналогичным образом ученый рассмотрел процесс репликации РНК и ДНК, показав, что с точки зрения термодинамики удвоение РНК протекает намного проще. Этот результат замечательно согласуется с доминирующей на сегодня гипотезой «мира РНК», согласно которой самые первые прото-организмы на Земле использовали исключительно молекулы РНК – и в качестве носителя генетической информации (вместо ДНК), и в качестве биологических катализаторов реакций (вместо белков). Ингланд приходит к той же точке зрения, но с совершенно иных позиций: если раньше идея «мира РНК» возникла из оценки биохимических возможностей макромолекул, то теперь этот вывод напрашивается из их термодинамических свойств.




Добавлено: 19.09.12

Жизнь и термодинамика: В защиту мира РНК — Популярная механика



Tags: ДНК, РНК, бактерии, биология, происхождение., эволюция
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 2 comments