Еволюция на глинени кристали

Може би все пак сме направени от глина?

В повечето космогонии (версии на древните за произхода на света и живота) се повтаря един и същи мотив за сътворение от глина. И мексиканският Кетцалкоатъл, и най-старите - шумерските богове до нашият, христиански бог използват един и същи материал. Може би древните създатели на митове са имали интуиция за истинските корени на генетичната памет на хората и цялата биосфера.

Възможно ли е първите биосистеми, способни да еволюционират да са били устроени съвсем различно от съвременните организми и да са имали друг състав. Според А. Г. Кернс-Смит (Cairns-Smith) това са могли да бъдат кристали глина.

Твърде сме сложни

Нашето еволюционно дърво се е оформило в резултат от разклоняване и измиране на отделни клонове и затова не е чудно, че всички организми, съществуващи днес на Земята имат относително високо развити предци.

Всички днес живеещи организми са устроени доста сложно и на молекулярно ниво и като макроструктура. Процесите на фотосинтеза и цикъла на Крепс са твърде сложни и е трудно е да си представим, че са съществували в този вид в първите организми.

Класически пример за сложно многокомпонентно устройство е окото. За да има смисъл от него, то трябва да е устроено именно така, както е устроено.

Колкото и да е странно на пръв поглед - тук няма никакъв парадокс. Високото ниво на организация може да възникне за сметка на малки еволюционни изменения.

Кернс-Смит представя за прост аналог на тази "парадоксална" структура - каменната арка. Трудно можем да я си представим като резултат от случайни и малковероятни събития.

Неорганичните глини биха могли да послужат за такъв род опора - скелет, на който еволюцията да построи сега съществуващите биомолекулярни системи. Не е много трудно да си представим еволюционен процес, в резултат на който първичния, геохимичен генетичен материал бил постепенно заместен със съвсем друг материал с биохимична природа. Кернс-Смит нарича този процес генетична окупация.

Способна ли е на това "простата" глина?

Минералозите често намират структури, сходни с биологичните. Разгледайте микроскопските снимки долу. Първите две вляво са на керит, вдясно са кристали на халозитна глина. Подобни образувания се наричат биоморфни.

"Глиненият" ген

Свикнали сме да гледаме на кристалите като на твърде еднообразни и строго подредени структури. Но това въобще не е вярно - вече писах за спирали в кристалите в темата: Спиралите-кривите на живота.

Спиралния растеж на някои минерали е благоприятен за бягството от симетрията и формирането на леви и десни форми на органичните спирали.

Според Кернс-Смит, протогенът, първоизточникът на живота е структурата на минералите и водните кристали. Кристалната решетка, се оказва, че напълно е способна да се развива и превръща в спирала на ДНК. А оттук е само една крачка до превръщането в живи организми.

Структурната йерархичност е типична за белтъците, а и за всички органични структури. И ето нещо необикновено интересно: структурата и свойствата на фиброкерита са много близки тези до градивните елементи на живите организми. Химическия състав му състав, например, почти точно съответства на състава на белтъка. Способността на много минерали да играят роля на мембрани, отделянето на въглеводороди при нагряване, сложната им морфология, наличието на вътрешни активни повърхности - списъкът на подобни структурни мотиви междъ кристалите и белтъците е дълъг. В процеса на кристализация лесно се осъществява така необходимия за фукционирането на биосистемите хирален подбор - разделянето на органичните молекули на десни и леви спирали.

Сценарият на глинената еволюция

Да си представим частица глина с размер няколко микрона, пориста, богата на съединения на желязо и други метали. Благодарение на порите си, тя е по-лека от водата и плава по повърхността на първобитния океан. Адсорбирайкия липиди или аналогични на липидите молекули, тя се покрива с обвивка, подобна на мембрана. Тя поглъща прости органични молекули и катализира по-нататъшните им превръщания. А тъй като вътре в частицата средата е не така полярна като водата, то там по-леко се извършват процесите на синтез на полимери. Важно е и това, че благодарението на порите възниква възможност за разделяне на процеси, които не могат да стават едновременно в безструктурната среда.

Целият път на развитие вероятно се е определял от бавно придвижване от първите прости полимери, молекулите на прото-ДНК, образувани на каолинна подложка до по-сложни конструкции като протовируси и протобактериофаги.

В процеса на еволюция структурното сродство е довело до формирането на защитни образувания от типа на раковините и хитиновите покрития, както и вътрешни структури от типа на скелетите.

Източник: Първите организми-А.Гр.Кернс-Смит - Scientific American

Везикули в монтморилонит

Изучавайки глината монтморилонит, Мартин Ханкзик (Martin Hanczyc), Шели Фуджикава (Shelly Fujikawa) и Джек Сзостак (Jack Szostak) из Масачузетската болница (Massachusetts General Hospital) в Бостън открили, че тя е способна рязко да ускори формирането на основата на мастни киселини, мембранни мехурчета, пълни с течност, наречни "везикули" (vesicles). В присътствието на глината везикулите се развивали 100 пъти по-бързо. Поглъщайки допълнителни мастни киселини, везикули можели да растат, а също и да се делят, което им придава свойства на примитивни клетки.

Освен това монтморилонитът е способен да участва в сглобяването на генетичния материал на РНК от нуклеотиди. Отрицателно заредените слоеве на кристалите и положителните заряди между тях създават своеобразен многослоен сандвич - привлекателна среда за концентрация и обединение на нуклеотидите в дълги вериги.

Глинените частици, носещи флуоресцентно белязана РНК (в оранжево) помогат при оформянето на мембраната на везикулите (в зелено). При този процес, глинените частици остават изолирани в границите на везикулите.

Източник: The Origins of Function in Biological Nucleic Acids, Proteins, and Membranes - Jack W. Szostak

Животът е възникнал във вътрешността на камъните

Този сензационен извод следва от революционна хипотеза, изказана от Уилям Мартин от университета "Хайнрих Хайне" в Дюселдорф, Германия и Майкъл Ръсел от Центъра за изследване на околната среда в Глазгоу, Великобритания. За нея научаваме от последния брой на Philosophical Transactions of Royal Society. Функцията на Опариновия "първичен бульон", оказва се, била изпълнена от скални породи, богати на железен сулфид, които по време на Сътворението са се намирали на океанското дъно.

Там лавата от подводни вулканични изригвания кристализирала в камъни с пореста структура. Диаметърът на микрокухините бил стотни от милиметъра. Железният сулфид катализирал в тях поредица реакции на синтез между неорганични молекули, в резултат на което се получавали високовъглеродни съединения - градивните компоненти на живата материя.

Високовъглеродните съединения взаимодействали помежду си и постепенно структурирали белтъчини и нуклеотиди. Животът напуснал микрокухините в камъните, когато успял да достигне фазата на генно закодирано белтъчно производство, обвито в клетъчна мембрана. Чак тогава изплувал от дъното към плитчините с "първичен бульон", откъдето нататък историята му като че ли ни е известна.

Източник: Още Инфо