分子的提升

我们来自哪里?我们是如何走到这一步的?这些问题已经占据人类因为我们最早的文明。但回答这些问题不再仅仅是牧师和哲学家的保护;化学家也解决这个问题。在这样做,他们也会完全重新定义生活的概念。

早在1880年代,查尔斯·达尔文讨论了一个“温暖的小池塘,各种各样的氨和磷酸盐,光,热,电,等等。”生的化合物可以演变成生活。从那时起,许多化学家们试图使自己的版本的,温暖的小池塘。最著名的是这个实验由斯坦利·米勒博士期间研究哈罗德尤里在1953年在美国芝加哥大学。实验模拟条件认为在原始地球上成为主流,包括海洋,还原性气氛和火花放电模拟闪电。实验创造了一种有机分子和氨基酸的混合物,蛋白质的基石,但米勒从未成功地展示了最初的汤变成了生活。

今天,世界各地的实验室还在研究生命起源的问题,它将不是一个短的搜索。不止一次,那些说话的人必威体育 红利账户相比工作问题与粒子物理学“寻找希格斯粒子。“我们知道更多关于宇宙的起源和起源的质量比我们生命的起源,”压力李·克罗宁在英国格拉斯哥大学的。

这些是聚合物你正在寻找吗?

想象一个图,说约翰·萨瑟兰来自英国剑桥大学的化学的复杂性x设在和“活力”y设在。搜索是解决如何从简单的分子接近两个轴满足的地方,点右上角的生命的机械。你在一个光滑的线,或有步骤,这些步骤是什么?和出发点是什么?

对许多人来说,主要的理论一直是被称为RNA世界假设。这句话最初由沃尔特·吉尔伯特在1986年创造了¹谁赢了1980年诺贝尔化学奖弗雷德里克·桑格和保罗·伯格的核酸。“你可以考虑一个RNA的世界,”他写道,“只包含RNA分子催化本身。”

当然,RNA核糖核酸:聚合物的核苷酸链骨干的核糖分子。细胞用于许多至关重要的角色,包括编码和uncoding基因和翻译成蛋白质。吉尔伯特的乐观主义诞生于最近发现RNA的催化活性。如果聚合物可以作为酶和信息存储,人们认为,也许它的多种功能表明,生活开始只有RNA。蛋白质和DNA后来。

这个想法,但是逻辑,萨瑟兰说,可能是一个错误的假设。把它分解成”是一个RNA世界或新陈代谢吗?”或者是最可怕的事情之一的主题可能是。”

萨瑟兰说,现代生物学需要上,新陈代谢,存储和检索信息的方法,催化剂。过去,他怀疑,人们认为他们使它更简单的通过切断这些生物学的不同方面,但事实上我认为他们是难度”。

萨瑟兰的工作一直关注他的图左下角,在低复杂度和较低的“活力”,试图从简单的RNA分子的构建块。他拼凑那些第一个单糖,氨基酸也产生相同的反应。萨瑟兰认为,事实上,他的研究表明,生活是预定的机械化学。²产生的不可避免的反应途径,减少化学可能在早期世界条件是为什么,他说,很多生物分子化学连接。你可以画一个proto-metabolic 12个氨基酸,这使得网络所需的核苷酸RNA和一些组件所有从脂质氢氰化物和一些其它的原料使用硫化氢和光。“生物学利用RNA和蛋白质,他说,因为这就是你得到的。

下一步,几乎微不足道,展示如何将这些连接成聚合物,或至少短的寡聚物。仍然并不意味着分子的生活,但这将是另一个步骤在图。

下挖

如果萨瑟兰正在向复杂性,从下到上罗兰·威廉姆斯美国佐治亚理工学院的工作从“顶级”。威廉姆斯的工作主要是集中在核糖体上;由RNA和蛋白质链,化工机械的大块是今天负责蛋白质生物合成。虽然今天帮助形成蛋白质链核糖体的形状,他们都没有直接参与其转化工作。事实上,威廉姆斯说,核糖体本身就是一种分子化石。

“核糖体的优点,”他补充说,“是老,比周围的生物。”威廉姆斯暗示核糖体的中心可能高达3.8 ?十亿岁。“我们有一个模型,”威廉姆斯说,“核糖体进化就像一个洋葱,一层一层上。随着每一个新的层了,他认为,前一层不能再改变。通过比较不同的生命形式的核糖体,威廉姆斯和其他人已经表明,核糖体的核心是固定的,而且,他说,是核糖体的原点。

不过威廉姆斯并不认为,核糖体最初做任何像创建复杂的蛋白质。核心,他认为,更多的是一种非特异性的催化剂,他使用这个词“分子香肠制造商”——对不同缩合反应。最近,威廉姆斯显示³在早期地球的缺氧环境,早期的核糖体可以使用更多的活性金属,如铁,在他们的中心,而不是镁和增加催化剂的功能,所以也许核心仍但金属改变。

讨论进化

如果萨瑟兰试图建立的生活从一开始简单的材料和威廉姆斯试图挖下找出第一个核糖体的样子,其他人正在中间。

艾琳陈在剑桥的哈佛大学,美国,例如,探索她所说的“健身景观”的分子——一种想象序列和“健身”之间的关系,或生化活动。知道拓扑的景观是极其重要的理解自然选择在定量水平上,我们可以做短RNA分子,”她解释说。但她的小组也看着膜囊泡和病毒、非生物化学系统“栩栩如生的”。

陈的实验室组织正在使用一些造型和很多湿化学地图这些风景,⁴和理解小变化如何影响分子进化。他们延长感兴趣的化学结构和生化活动之间的关系,陈说着迷她自本科天。“事实证明,”她补充道,“这个问题非常有关生命的起源,当必须有高度的探索在化学结构和序列空间。”

这个评论是关键。当试图了解地球上的生命出现很容易想到的一个简单的线性序列,特别是留下的线索来自成功,导致今天的生活。就像我们可能会说历史是由胜利者书写,化学家们遵循的线索留下成功的途径。在将有错误的开始之间,死角和大量的分子竞争。陈的大部分工作是在理解和量化进化的可能性,她解释说,制定不同的功能产生自发的概率。

然而,生命起源的问题,一个团队不太可能将会找到答案的。我认为化学/生物过渡必须分解成小块,”陈说道。对她来说,这些块包括模板的外观,复制和上。

幸运的是,有许多团体在不同的拼图一路从达尔文的温暖的小池塘生活正如今天我们所知道的那样。陈和萨瑟兰都在一定程度上由西蒙基金会合作生命的起源。⁵总共15调查人员正在资助回答基本问题如何早期生命起源以前的化学反应导致最早的生命,事实上,生命会是什么样子呢?其他人,比如威廉姆斯,美国太空总署Nasa资助的。

最终,化学家只能建议可能的途径。没有时间旅行,地球上的生命如何开始将仍然是一个谜。但萨瑟兰确信在未来某个时候化学能够解释的基本结构和步骤。“发现化学一直是一个非常艰巨的任务,”他说,“但我认为我们部分找到了。”

定义就是你需要的

你看起来在萨瑟兰的图问题不仅仅是两个点连接起来,但什么时候生命本身可以表示存在。今天,生物学家生物定义为活着如果他们能履行若干标准,包括自我复制,这就是为什么病毒不是说还活着,因为他们需要使用另一个生物复制。

我最小的生命是一个自治的定义化学实体发展

李·克罗宁

系统化学和简单的自我复制系统的研究表明,它是关键的自我复制,根据阿迪普罗斯以色列内盖夫的本-古里安大学的。甚至在你之前你可能认识到生活,简单的分子,导致更复杂的必须复制自己,也许在与其他分子的合作。普罗斯说,生物学,化学是一种复杂的复制。

克罗宁定义生活相似的,但是有一个重要的警告。“我的定义最小的生活,”他说,“是一个自治的化学实体能够进化。“进化,他指出需要复制,但它增加了另一个层次。

克罗宁的之前的工作已经作为一种无机化学家,但是生命的基本性质的,他说,他说他多年来一直着迷。首先,克罗宁和他的实验室self-organise polyoxometalate化合物和组装。集团扩展这个开始工作开始的无机生物通过展示模板定向合成可以创建无机细胞利用液-液界面。⁶克罗宁说,下一步是结合系统化学开始设计化学系统的理解相同的属性,我们认为独特的生物分子。特别是极端要求。

他最近的工作在印刷定制reactionware,例如,或开发一个化学反应网络,是克罗宁认为一个更大的项目的一部分来帮助调查如何演变成化学生物学。超越RNA和DNA非生物的生命形式。如果我可以表明,进化是建立生命系统的指导原则,根据定义,显示地球上生命从何而来,事实上,它在某些方面会大事化小。”这是一个大胆的观点,但肯定合成生物学发现技巧可以帮助在搜索发现如何让我们走到这一步,也可能造成最小的生命形式。

化学为人类生命的起源是一个极为重要的问题,而不是只是为了解释我们如何走到目前这个境地。它将帮助我们寻找的生活空间,和只会导致更好的理解我们的桥接物理与生物科学的联系。萨瑟兰说,在这方面,化学是生命科学,还有大量的秘密揭开。

足够的空间在中间

另一位研究人员在“中产”工作菲尔Holliger,英国医学研究理事会的剑桥大学分子生物学实验室,专注于特定步骤沿着萨瑟兰的图,如做一个RNAzyme能使RNA催化地活跃。今天,RNA是由一个叫做RNA聚合酶蛋白质酶。酶之前,RNA世界假说表明,RNA将不得不让本身。Holliger一直致力于利用RNA序列表明这是可能的,今天被认为是共同的祖先。

在人造RNAzyme从其他人的工作在1990年代,Holliger集团介绍了选择性地提高酶的进化压力,然后结合实验的最佳比特做出新RNAzyme复制比先前更快和更可靠。以及长链RNA, RNAzyme也可以保持酶的活性RNA分子,显示一个巨大的一步催化RNA可以使自己发展。

Holliger在RNAzymes也让他的工作表明,生活才开始在温暖的原始池。相反,他建议,地球上的生命已经寒冷的开始。RNA,他指出,分子是一个奇怪的选择,因为它是很难理解如何生存在地球早期没有退化。Holliger表明在寒冷的水冰,RNA可能没有反应迅速但更稳定。使用人造冰专栏中,他的团队表明,冰网络浓缩的溶质浓度成小区域和小RNAzyme R18,可以在低温下自我催化。