Биотехнологи смоделировали эволюции ранней жизни на Земле: зачем это нужно
Ученым в общих чертах известно, как зародилась жизнь на первобытной Земле, но еще предстоит разобраться в процессах, которые привели к появлению насыщенной кислородом атмосферы, таких как фотосинтез, появление и развитие одноклеточных и многоклеточных организмов.
Организмы, способные «дышать» (использовать в метаболизме кислород), могли появиться уже 3,1 миллиарда лет назад. Однако Великое окисление (The Great Oxidation Event, дословно «Великое окислительное событие»), когда содержание свободного кислорода в атмосфере резко возросло, произошло лишь около 2,45 миллиарда лет назад в сидерии. Так как же произошло насыщение кислородом в эпоху, когда еще не существовало растений?
Ифан Дай, доцент кафедры биомедицины в Инженерной школе Маккелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе, изучает этот вопрос в рамках исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Дай и его коллеги рассказывают о том, как малоизученные силы нековалентного взаимодействия (анион-пи) могут приводить в движение «молекулярные сборки» — стартовый блок для того, что впоследствии станет протоклеткой, способной генерировать кислород и преобразовывать свет в энергию.
На первобытной Земле — представлявшую собой каменистую поверхность с мелкими океанами и туманным небом — образование триад «анион-π-катион», скоплений отрицательно и положительно заряженных ионов, опосредованных пептидом на основе π-связи, приводит к тому, что хаотично собранные молекулы превращаются в упорядоченные «микроскопические скопления». Это создает условия для электрохимических реакций, в результате которых происходит выделение кислорода из молекул воды.
По словам Дая, исследование демонстрирует вероятный механизм того, как химия протоплазмы обеспечивает электрохимический источник энергии, что в конечном счете повышает химическую сложность примитивной углеродной жизни.
По мере того, как специалисты в биомедицинской инженерии, такие как Ифан Дай, все больше узнают о том, как эволюция создала и совершенствовала современные биомолекулы, они могут использовать аналогичные методы для разработки индивидуальных соединений, которые принесут пользу здоровью человека и различным биотехнологиям в промышленности.
Недавно в горячих источниках Камчатки и Курил российские ученые нашли архей-экстремофилов, живущих на Земле в неизменном виде 3 или даже 4 миллиарда лет.
