Университет Висконсин-Мэдисон исследователи вырастили реалистичные химических реакций во время осваивает новые стратегии для изучения происхождения жизни.
Эта работа далека от резкой жизни в лаборатории. Однако, это показывает, что простые лабораторные методы могут подстегнуть видов реакций, которые, скорее всего, надо объяснить, как жизнь началась на Земле около четырех миллиардов лет назад.
Исследователи подвергли сытный суп органических химических веществ многократного выбора, постоянно урезая химический населения и давая ему снова восстановиться с добавлением новых ресурсов. На протяжении многих поколений отбора, как представляется, данная система потребляет сырья, свидетельствует, что выбор может быть индуцированной распространения химического сетей, способных размножаться.
На более длительных временных рамок, эти химические изменения колебались в повторяющийся узор. Этого бума и спада цикла еще не полностью объяснены, но это хорошее доказательство того, что химические супы, установленных петель обратной связи, напоминающие те, что в живых организмах. Дэвид Баум, UW-Мэдисон профессор ботаники, и его команда опубликовали свои результаты октября. 23, 2019, в журнале Жизнь. Работа финансировалась Национальным научным фондом и НАСА.
Теперь, другие исследователи могут использовать этот экспериментальный подход и помочь распутать какие компоненты необходимы, чтобы стимулировать реалистичные химических систем и являются ли эти химические сетей может пойти дальше, чтобы развиваться более сложные черты.
Если эта система может генерировать большую сложность, он может помочь решить загадку, как простые химические вещества, в конечном итоге породил нечто настолько сложное клеточном предка, который породил сегодня вся жизнь.
«Основной вопрос в происхождении жизни: как вы получаете эволюции раньше была генетическая информация, как, что в ДНК или РНК?», — говорит Баум. «То, что мы сейчас поняли, что эволюция химического сети могут решить эту проблему, и это то, что мы можем решать в лаборатории.»
Чтобы проверить идею химической эволюции экосистем, исследователи собрали богатый суп из химикатов. В морской воде, они растворяются аминокислот, сахаров, общих органических соединений, микроэлементов и строительные блоки нуклеиновых кислот. Чтобы дать системе еще более ребра, ученые шипами богатой морской воды с АТП, с высокой энергией молекулы, что сводит почти все реакции жизни сегодня, но вряд ли могло существовать в первозданной раз.
«Не все из этих химических веществ может быть доступен на ранней Земле, но мы пытаемся ускорить процесс, который в теории может начать даже проще строительные блоки», — говорит Баум, который также является обнаружение сотрудником Висконсинского Института открытия.
Команды смешанные их исконный суп с мелкими зернами пирита, минерала железа и серы, также известный как золото дураков. Опираясь на предложение Германии Гюнтер химик Ваштерхаузера в 1988 году химическую эволюцию, команда Баум считает, что пирит является идеальным материалом для выращивания живой химии.
«Пирит был распространенный минерал на исконной земле, он может связать много органических соединений, и он может катализировать реакцию между ними», — говорит Лена Винсент, аспирант в лаборатории Баум и ведущий автор исследования. «И, очень элегантно, очень много высоко консервативны ферментов по жизни ядер, которые очень похожи на пирит. Они в основном пирита завернутой в белок».
Исследователи добавили несколько капель обогащенного суп с морской водой с небольшим количеством измельченного Пирита в пробирку и смешивают раствор на несколько дней. Это было первое поколение. Чтобы начать следующее поколение, Винсент взял небольшое количество первого раствора и смешивают ее в пробирке со свежей суп и пирита. На протяжении десятка и более поколений, только те химические сетей, которая может распространяться быстрее, чем они разводили бы выжить и распространиться.
После 12 или 18 поколений, исследователи увидели падение доступный фосфат — считывание — использование АТФ и растворенного органического материала, который предположил, что химические соединения могут придерживаться и распространяется вдоль пирита зерна.
Когда они осмотрели пирита под ультра-высокого увеличения, исследователи увидели множество фрактальных форм распространения вдоль поверхности минерала в экспериментальных образцах, но не в контрольных образцах, что не хватало в истории селекции.
В то время как эти фрактальные фигуры отображаются солей и вряд ли будут живые и сами исследователи подозревают, они могут быть вызваны тонкий мазок органических соединений с привязкой к зерну. Фракталы никогда не появлялся, когда органический материал остался вне решения.
«Ученые ищут примеры реакций, которые самопроизвольно усложняя и организовывать органических химических веществ в течение длительного времени», — говорит Джим колет, соавтор работы из земной жизни научного института (Элси) в Токийском технологическом институте в Японии. «На основе этой работы, и другие эксперименты мы проводим на Элси, кажется, возможен такой реакции может не быть вообще невероятно редко, это может быть просто вопрос, используя правильные инструменты, чтобы найти их».
Когда исследователи эксперимент проводился на 40 поколений, у них наблюдаются периоды постепенного изменения перемежаются внезапными разворотами на стартовые условия. В то время как причина этих аварий остается неизвестным, этот вид нелинейной обратной связи находится по жизни и является доказательством того, что экспериментальная система индуцированных комплексом поведения в химическом супе.
«Эта нелинейность является необходимым условием для всех интересные реалистичные поведение, которого мы ищем, в том числе саморазвития и эволюции», — говорит Винсент. Осторожно взволнованы с их предварительным успех, Баум и его команда стремятся вербовать других, чтобы помочь им совершенствовать свои системы.
«Мы хотели разработать систему, что мы можем дальше решать вопросы о способности эволюционировать. И, надеюсь, другие лаборатории будут использовать этот протокол и улучшить его», — говорит Баум. «Это точно, где мы хотели быть».
Эта работа была поддержана НФС рвется грант (количество 1624562) и НАСА-НФС CESPOoL (парадигма химического отбора экосистемы Происхождение жизни) идеи лаборатории НАСА грант (количество 80NSSC17K0296).
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!