жизнь

Формирование мембран и появление саморепликации — это два фундаментальных шага, которые превратили «мертвую» химию ранней Земли в живую биологию.Ниже подробно разобрано, как именно происходили эти процессы.1. Формирование мембран: от капель к протоклеткамВ водной среде древнего океана органические молекулы были рассеяны. Чтобы началась жизнь, их нужно было собрать вместе и защитить от внешней среды. Эту задачу решили липидные мембраны.Природа липидов: Молекулы липидов (жиров) амфифильны. Это значит, что у них есть «голова», которая любит воду (гидрофильная), и «хвост», который воду отталкивает (гидрофобный).Самосборка: Попадая в воду, такие молекулы автоматически объединяются. Хвосты прячутся внутрь, а головы разворачиваются к воде. Так сами собой образуются полые сферы — липосомы или мицеллы.Коацерваты Опарина: Александр Опарин показал, что полимеры (белки и углеводы) могут сгущаться в воде, образуя капли — коацерваты. Когда эти капли покрывались слоем липидов, возникала стабильная протоклетка (пробионт).Зачем нужна мембрана?Концентрация веществ: Внутри мембраны химические реакции идут в тысячи раз быстрее, так как молекулы заперты в малом объеме.Избирательный барьер: Мембрана пропускает внутрь полезные мелкие молекулы («еду») и не выпускает наружу сложные полимеры.Энергия: На границе мембраны за счет разницы концентраций ионов мог возникать простейший электрический потенциал — прообраз клеточного дыхания.

2. Появление саморепликации: рождение генетического кодаЖизнь невозможна без преемственности. Органическая система должна уметь копировать себя, иначе она просто исчезнет после разрушения оболочки.Долгое время ученые спорили, что появилось раньше: ДНК (инструкция) или белки (рабочие инструменты). ДНК не может копироваться без белков, а белки нельзя построить без инструкции из ДНК. Этот тупик разрешила гипотеза «Мира РНК».Универсальность РНК: Выяснилось, что молекула РНК (рибонуклеиновая кислота) умеет делать и то, и другое. Она может хранить генетическую информацию (как ДНК) и одновременно работать как катализатор химических реакций (как белок). Такие рабочие РНК называют рибозимами.Механизм саморепликации:В первичном бульоне плавали одиночные нуклеотиды (буквы генетического кода).Случайно собравшаяся цепочка РНК служила матрицей (шаблоном).Свободные нуклеотиды по принципу комплементарности (А к У, Г к Ц) притягивались к этой цепочке.Рибозим (сама РНК или соседняя молекула) сшивал эти нуклеотиды вместе. Цепочка удваивалась, а затем разделялась на две идентичные копии под воздействием тепла.Появление ошибок (мутаций): Древнее копирование РНК было неточным. Возникали ошибки. Молекулы, которые копировались быстрее и точнее других, «выживали» и заполняли среду. Так началась химическая эволюция и естественный отбор на молекулярном уровне.Слияние двух процессов: настоящая протоклеткаЖизнь началась тогда, когда эти два процесса объединились: самореплицирующаяся РНК оказалась заперта внутри липидной мембраны. РНК управляла обменом веществ и ростом мембраны, а мембрана защищала РНК от разрушения. Когда такая капля росла и делилась физически (например, от ударов волн), дочерние капли получали копии молекул РНК.