FoodPro Preloader

Har livets første celler utviklet seg i geotermiske bassenger?


Jorden startet som et voldsomt sted, overflaten krummet av kontinuerlige vulkanske utbrudd og skjult i en atmosfære som ville vært giftig mot dagens livsformer. Videre kan den tynne uformelle atmosfæren ha gitt bare lite beskyttelse mot den unge solens sterke ultrafiolette blending. På grunn av disse ugjestmilde forholdene har forskere lenge lurt på: Hvordan kom de første cellene til å være nesten fire milliarder år siden? Konvens

Jorden startet som et voldsomt sted, overflaten krummet av kontinuerlige vulkanske utbrudd og skjult i en atmosfære som ville vært giftig mot dagens livsformer. Videre kan den tynne uformelle atmosfæren ha gitt bare lite beskyttelse mot den unge solens sterke ultrafiolette blending. På grunn av disse ugjestmilde forholdene har forskere lenge lurt på: Hvordan kom de første cellene til å være nesten fire milliarder år siden?

Konvensjonell vitenskapelig visdom innebærer at livet oppsto i sjøen. Men en ny studie tyder på at de første cellene - eller i det minste de som etterlod etterkommere - fortsatt har sin start i geotermiske bassenger, som de som er sett på Yellowstone National Park og andre geologiske hotspots i dag. Argumentet hviler på en ubestridelig observasjons-enzymer som er felles for alle arkea, og bakterier er bygget av kalium, fosfor eller sink, ikke natrium.

Noen biologer mistenker at membranene i de tidlige livsformer ikke var de stramme dekkene de er i dag, og ville i stedet la små molekyler og ioner strømme inn og ut fritt. Hvis livet oppstod i salthavet, kan de første cellene og deres levende slektninger forventes å ha enzymer bygget fra rikelig natrium - eller i det minste tolerere mer natrium internt. At moderne arkea og bakterier i stedet har internt væske som er lavt i natrium, og enzymer som er bygd fra andre elementer, antyder at de oppsto i et miljø som både er rike på slike elementer, så vel som relativt natriumfrie. "Hvis de aller første membranene var lekkete for små molekyler og ioner, da burde indre av de første cellene ha vært i likevekt med omgivelsene deres, " forklarer biofysiker Armen Mulkidjanian ved Universitetet i Osnabrück i Tyskland, hovedforfatter av papiret som presenterer hypotesen publisert på nettet 13. februar i saksbehandlingen av det nasjonale vitenskapsakademiet . "Ved å rekonstruere cytoplasmens uorganiske kjemi, kan det være mulig å rekonstruere habitatene der de første cellene kunne dveles."

Teamet bemerket at de fleste moderne celler opprettholder et høyt forhold mellom kaliumioner og natriumioner. "Vi så over alt for forholdene og prosessene som ville føre til [kalium] anrikning, sier mulkidjanian. De eneste slike stedene som eksisterer i dag, er såkalte "dampdeminerte" geotermiske systemer - steder hvor vann, oppvarmet dypt i jorden til det blir damp, når overflaten, avkjøler og kondenserer tilbake til elementært berikte væskebasseng. Kondensert geotermisk damp i disse bassengene kan ha forhold mellom kalium og natriumioner så høyt som 75 til 1, og er rike på de andre elementene i livet som har blitt lekket fra stein ved varmt vann. Således argumenterer Mulkidjanian og hans kollegaer at de kanskje har vært "klekkerier" av de første cellene.

Argumentet samsvarer med et kanskje prescient forslag fra Charles Darwin i et brev fra 1871: "Men hvis (og åh hva en stor hvis) kunne vi tenke oss i en liten liten dam med alle slags ammoniakk- og fosforsalt, lys, varme, elektrisitet osv. Presenter at en proteinforbindelse var kjemisk dannet, klar til å gjennomgå enda mer komplekse endringer. " Nobelpristageren og genetiker Jack Szostak fra Harvard University har også hevdet at de første cellene sannsynligvis hadde lekkemembraner, og at tidlige hav ikke var et gunstig miljø for livets opprinnelse.

Lekkende proto-celler i havet, Mulkidjanian og hans kollegaer noterer, ville ha mye høyere eksponering for natrium enn kalium, selv i nærheten av hydrotermiske vents på havbunnen, noe som gjør det vanskelig å opprettholde ubalanse mellom de to. Men det betyr ikke at cellene nødvendigvis oppstår i et kaliumrikt miljø. Faktisk er geotermiske områder i den moderne verden vanligvis svært sure og dermed dødelige. "Det kan fortsatt være at celler utviklet evnen til å generere og opprettholde et høyt [kalium-til-natrium] forhold i deres cytoplasma av funksjonelle årsaker, " sa Szostak. "Det grunnleggende spørsmålet er om det observerte høye K-Na-forholdet gjenspeiler det historiske miljøet der livet oppsto eller gjennomgått tidlig utvikling, eller i stedet gjenspeiler noen underliggende kjemisk nødvendighet, for eksempel bedre funksjon av visse cellulære komponenter."

Videre startet livet på en jord som kanskje ikke har hatt landmasser i kontinentstørrelse, men heller en serie skjærgårder dannet av vulkaner, som i dag Japan. Som et resultat kan vannet sykle gjennom disse områdene ha vært svært forskjellig, bemerker marine kjemiker Jeffrey Bada av Scripps Institution of Oceanography ved University of California, San Diego.

Og så er det selve utviklingen av evolusjonen. Mobillivet har forandret smaken av sitt indre væske - cytosolen - utallige ganger over ektene, og dagens livsformer utviser et bredt utvalg av komposisjoner. "Er det ikke minst like sannsynlig at de har modifisert sine cytosoliske sammensetninger for å imøtekomme deres cytosoliske funksjon når de hadde kontroll over denne prosessen, som alle moderne celler gjør?" spør geokemisten Jim Cleaves av Carnegie Institution of Washington. "Et hvilket som helst moderne miljø som passer til denne sammensetningen, vil da være rent tilfeldig." Faktisk, Cleaves argumenterer for at det kan være umulig å fortelle hva tidlig liv - eller til og med den første universelle felles forfader av livet - var som, gitt all den intervenerende evolusjonen. Det er besluttet å forsøke å "utlede en abacus fra en moderne PC, " bemerker han. "Du kan kanskje utlede en TRS-80, men så blir det litt dumt og det kan ikke være noen vestigial gjenstander av de mellomliggende stadiene av biologisk evolusjon."

Men livet har bevart noen ting ned gjennom mer enn tre milliarder år med evolusjon: for eksempel avskjerming av enzymer og andre interne cellefunksjoner fra oksygen, slik at de kan operere. Selvfølgelig manglet den tidlige jordens atmosfære oksygen, i stedet det var rik på andre gasser, som hydrogensulfid. "Dette er den samme lukten som du kan finne på en tur til Yellowstone National Park, hvor [hydrogensulfid] siver fra slampotene, geysirene og andre underjordiske utgangssteder, " Mulkidjanian notater. De første cellene utviklet seg på et slikt sted, og "deres avkom bære affiniteten for et slikt miljø fra morcelle til dattercelle gjennom de siste tre milliarder årene."

Anbefalt


Aviation Industry ser ut til å løse et karbonproblemManglende nøytroner kan føre et hemmelig liv som mørk materieKan vi holde flyene trygge uten å drepe så mange fugler?Hva lærer forskere ved å binde fugler?Records from Ancient China Reveal Link Between Epidemics and Climate ChangeMan-Made Genetiske Instruksjoner Yield Living Cells for første gang2017 Var det tredje hotteste året på rekord for USABybeboere Kjør avskoging i 21. århundre