BlackWold

С тех пор как NASA объявило о создании прототипа спорного двигателя EM Drive (радиочастотный двигатель с резонансной полостью), потоки критики не иссякают, а любые сообщенные результаты экспериментов вызывают жаркие споры. И поскольку большинство анонсов принимают форму «утечек» и слухов, неудивительно, что градус скепсиса не понижается.

И тем не менее отчеты продолжают поступать. Последние результаты были получены из Eagleworks Laboratories в Космическом центре им. Джонсона. В «утекшем» докладе показано, что спорный двигатель способен генерировать тягу в вакууме. И как и процесс рецензирования, способность двигателя работать в космосе остается назойливой проблемой уже довольно долгое время.

Учитывая плюсы EM Drive, нетрудно понять, почему люди хотят видеть его в работе. Теоретически он мог бы вырабатывать достаточно тяги, чтобы долететь до Луны за четыре часа, до Марса — за 70 дней, до Плутона — за 18 месяцев, и все это без капли топлива. К сожалению, эта двигательная установка основана на принципах, нарушающих закон сохранения импульса.

Этот закон гласит, что импульс системы остается постоянным, не создается и не уничтожается, а лишь изменяется под действием сил. Поскольку EM Drive включает электромагнитные микроволновые полости, преобразующие электрическую энергию непосредственно в тягу, он не имеет реакционной массы. И поэтому «невозможен» по законам традиционной физики.

Доклад под названием «Измерение импульсивной тяги замкнутой радиочастотной полости в вакууме» попал в открытый доступ в начале ноября. Его ведущий автор, конечно же, Гарольд Уайт из лаборатории Eagleworks, занимающийся разработкой продвинутых двигательных систем в NASA.

В работе он и его коллеги сообщили, что завершили испытание импульсивной тяги на «испытательном коническом радиочастотном образце». Оно состояло из прямой и обратной фаз тяги, маятника низкой тяги и трех испытаний тяги на уровнях мощности 40, 60 и 80 Вт. Как следует из доклада:

«Здесь показано, что диалектически нагруженный конический РЧ-образец, запущенный в режиме TM212 при 1937 МГц, способен последовательно генерировать тягу на уровне 1,2 ± 0,1 мН/кВт с силой, направленной к узкому концу в условиях вакуума».

Чтобы прояснить, этот уровень тяги к мощности — 1,2 мН на киловатт — весьма незначительный. И действительно, в работе эти результаты помещаются в контекст для сравнения с ионными двигателями и лазерными парусами:

«Лучшая на сегодняшний день тяга к мощности в двигателе Холла составляет порядка 60 мН/кВт. Это на порядок выше, чем выдал испытательный образец во время работы в вакууме. Производительность в 1,2 мН/кВт на два порядка выше, чем других форм движения «без топлива», вроде лазерных парусов, лазерной тяни и фотонных ракет, которые развивают тягу к мощности в 3,33—6,67 мН/кВт».

В настоящее время ионные двигатели считают наиболее топливосберегающей формой движения. Тем не менее они довольно медленные по сравнению с обычными твердотопливными двигателями. К примеру, миссия ЕКА Dawn опиралась на ксенон-ионный двигатель, который вырабатывал тягу к мощности в 90 миллиньютонов на киловатт. Используя эту технологию, зонду потребовалось почти четыре года, чтобы добраться от Земли до астероида Веста.

Концепция направленной энергии (вроде лазерных парусов), напротив, требует очень мало тяги, поскольку использует небольшой аппарат — крошечный зонд весом в несколько граммов и инструменты в виде чипов. В настоящее время эта концепция исследуется как перспективная для путешествия к ближайшим планетам и звездным системам.

Два хороших примера — это межзвездная концепция NASA DEEP-IN, которая сейчас разрабатывается Калифорнийским университетом в Санта-Барбаре и попытается использовать лазеры для разгона аппаратов до скорости 0,25 скорости света. Между тем, проект Starshot (в рамках инициатив Breakthrough) разрабатывает аппарат, который сможет набрать до 20% скорости света и добраться до Альфы Центавра за 20 лет.

Сравнительно с этими предложениями, EM Drive может похвастать тем, что не требует никакого топлива или внешнего источника энергии. Но если основываться на результатах его испытаний, объем энергии, необходимый для выработки значительной тяги, делает его непрактичным. Правда, не будем забывать, что изначальная цель этих испытаний заключалась в том, может ли вырабатываемая двигателем тяга относиться на счет каких-либо незамеченных аномалий.

В докладе также признается необходимость дальнейшего тестирования, чтобы исключить другие возможные причины, как то смещение центра тяжести и тепловое расширение. И если удастся исключить также внешние причины, будущие испытания поставят задачу повысить производительность EM Drive. И все это при условии, что «утечка» подлинная. Пока NASA не сможет подтвердить реальность этих результатов, EM Drive будет подвешен в состоянии неопределенности.

P.S: Будет еще 2 статьи, которые возможно  дополнят данную статью)

Источник

Мощные современные суперкомпьютеры состоят из обычных компьютеров и для увеличения производительности соединены между собой так называемыми «интерконнекторами». Несмотря на то, что до изобретения «обычного» сложно устроенного квантового компьютера еще далеко, ученые уже задумываются о том, как соединять их в сверхмощные машины. И совсем недавно исследователи из Гарвардского университета и лаборатории Sandia создали «мост» для соединения квантовых компьютеров в единую вычислительную систему.

На данный момент существующие квантовые вычислительные машины обладают крайне малым потенциалом и могут выполнять лишь простейшие задачи. К таким машинам, к примеру, относится Quantum Experience. Этот один из самых продвинутых на сегодняшний день квантовых компьютеров, может выполнять лишь одно действие за поток, а все попытки создать «многопоточный» компьютер успехом не увенчались. Тут-то ученые и подумали, что можно использовать несколько машин «как одну». Как утверждает ученый лаборатории Sandia Райан Камачо,

«Люди уже достаточно давно создали простейшие квантовые компьютеры. И вполне вероятно, что следующим этапом будет не создание одного большого и мощного квантового компьютера, а целой системы, состоящей из связанных друг с другом простых квантовых компьютеров. Для того чтобы связать квантовые компьютеры в единое целое, требуется мост, способный разделить квантовую информацию между несколькими устройствами. Другими словами, этот мост должен сделать так, чтобы все атомы, содержащиеся в системе, вели себя так, словно они являются одним-единственным атомом».

Две группы исследователей пытаются добиться этого слегка элегантным способом: с помощью установки ионной имплантации в кристаллической решетке алмазного соединения атом углерода был заменен на атом кремния. Таким образом, больший по размерам атом кремния «раздвинул» границы вокруг себя, создав своего рода буферную зону. Эта зона, во-первых, действует как изолятор, а во-вторых, создает внутри себя вакуум. Для чего все это нужно?

Дело в том, что при пропускании через такое соединение пучка фотонов все атомы кремния приходят в возбужденное состояние, их электроны переходят на более высокие энергетические орбиты. Затем, когда электроны возвращаются в прежнее состояние, они начинают испускать фотоны в таком же состоянии, как и те частицы, что привели в действие изначальную реакцию.

«Первое, что нам удалось сделать, так это поместить атомы кремния в строго заданные места кристаллической решетки, расположенные гораздо ниже уровня поверхности. Теперь мы уже имеем возможность создать тысячи таких «кремниевых дефектов», которые будут расположены в строгом порядке. Если раньше мы должны были суметь выделить фотоны от одного из тысячи беспорядочно разбросанных источников света, то сейчас мы можем точно сказать, каким атомом кремния был излучен любой из фотонов», — поясняет Райан Камачо.

При условии успешного прохождения тестовых испытаний такая упорядоченная система может стать мостом, который объединит в единое целое огромное количество квантовых компьютеров, что сумеет дать невероятно быстрые вычислительные скорости.

Источник

В 1918 году завершилась самая кровопролитная на тот момент война. Этот год также положил начало новой войне. Положив конец массовому смертоубийству среди людей, природа взяла эту прерогативу на себя и начала сеять хаос. Эпидемия гриппа 1918-1919 годов унесла порядка 20-40 миллионов жизней, больше, чем Первая мировая война, и убила больше людей за один год, чем бубонная чума за четыре года.

«Четыре с половиной года медицина посвящала себя поддержанию людей на линии огня», писали в Журнале Американской медицинской ассоциации в 1918 году. «Теперь она должна обрушиться всей своей мощью на злейшего врага всего — инфекционные заболевания».

Может ли такой смертельный вирус возродиться? Да. Вопрос в том, будем ли мы к этому готовы.

Выступая на конференции, посвященной экспоненциальной медицине в Singularity University, доктор Джордж Пост предположил, что мы уделяем недостаточно внимания риску развития очередной глобальной пандемии.

«Нас усмирило постоянное внимание к глобальным инфекционным заболеваниям», говорит Пост. «У нас неадекватное состояние надзора за угрозами».

Пост является профессором по инновациям в области здравоохранения и главным научным сотрудником по части адаптивных систем в Университете штата Аризона. В своем выступлении он очертил болезни по всему миру за последнее десятилетие. От вируса Чикунгунья до Эбола и Зика, говорит доктор, дремлющие болезни вспыхивают снова и продолжают появляться новые. Последняя эпидемия Эбола унесла 10 000 человек, а вирус Зика быстро распространяется.

Скверные вирусы быстро развиваются. «Это своего рода гонка вооружений», говорит Пост.

Самая большая проблема, по мнению Поста, в том, как быстро мы сможем развернуть нашу оборону. Скорость имеет первостепенное значение. Но когда дело доходит до разработки и производства вакцин, скорости нет как нет. Диагностические тесты разрабатываются до одного года; вакцины — от трех до десяти лет.

Даже если бы мы бросили все наши возможности по производству вакцин на борьбу с одним вирусом, общая мощность составит порядка 900 миллионов доз для населения в 7 миллиардов.

Чтобы эффективно бороться с будущим вирусом пандемического потенциала — Пост называет его агентом X — нам нужно ответить на следующие вопросы:

Как выяснить, против чего защищаться?

Как произвести новую вакцину?

Как распространять лекарства?

Как сделать их доступными?

Он считает, что новые технологии вроде быстрого секвенирования генома, продвинутых вычислений и белковой инженерии приведут к более быстрым и эффективным решениям в будущем.

Производство вакцин по большей части биологическое, отмечает Пост. Интересующий нас вирус — это отправная точка создания новой вакцины. Нужно ускорить этот процесс путем создания молекулярных компонентов вакцин с нуля.

Для этого, говорит Пост, нам потребуются мощные компьютеры для анализа, моделирования и каталогизации структуры молекул, которые стимулируют иммунитет. Эта иммунологическая библиотека очертит правила взаимодействия с новыми захватчиками.

«Если агент Х попадет к нам — и если у нас будут под рукой эти правила — мы сможем секвенировать геном агента Х в считанные дни, даже часы», говорит Пост. Этот геном расскажет нам, какие белки производит вирус и какие антигены нужно синтезировать нам.

Затем нам нужно будет использовать нашу способность изменять белки и произвести саму вакцину инженерным путем.

Пост говорит, что это мир, к которому мы движемся, даже если этого еще незаметно. Для анализа сложных трехмерных структур белков и определения того, как они складываются, нужно много вычислительной мощности, а химический синтез белков по-прежнему остается серьезной проблемой для ученых.

Но поскольку методы секвенирования генома, вычислительная мощь и белковая инженерия развиваются и сходятся, нас ждет мир, способный быстро и широкомасштабно реагировать на будущие вирусные угрозы. Эффективно используя глобально распределенные химические производства и имея четкий план по производству вакцины, мы могли бы нарастить производственные мощности в сотни миллионов или миллиарды доз.

Источник

Будущее, в котором мы сможем управлять автомобилями или смартфонами исключительно силой мысли, уже за углом. Но ценой может быть инвазивная хирургия. С тех пор как нейробиологи и инженеры начали работать над интерфейсами, которые соединят наши мозги и машины, люди начали задумываться о странных и удивительных способах использования этой технологии. Что, если бы мы могли переключать каналы телевизора, просто подумав об этом? Или управлять машиной без руля и педалей?

В теории нет никаких причин, по которым мы не можем сделать управляемые силой мысли бионические костюмы, вроде того, что был у Роберта Дауни-младшего в фильме «Железный человек», или превратить наши мозги в универсальные пульты дистанционного управления, которые смогут управлять любым устройством в доме. Но даже при наилучшем технологическом подходе остаются риски, связанные с подключением нашего сознания к машинам.

Разве машин, управляемых силой мысли, еще не существует?

Существует несколько потребительских игрушек, которые обещают работать за счет использования силы мысли, однако ни одна из них не позволит вам управлять костюмом «железного человека» пока. Среди доступных устройств есть гарнитура для черепа, которая позволяет вам управлять видеоигрой, а также вентилятор, который продувает мяч через обруч, используя ваши мозговые волны. Недостаток этих потребительских продуктов в том, что они считывают активность вашего мозга через относительно толстую помеху для сигналов в виде кости черепа.

Как насчет имплантатов в мозг?

Медицина создает более продвинутые варианты для людей, которые парализованы или потеряли конечности. В прошлом году парализованная женщина получила небольшой датчик, имплантированный в левую часть ее мозга, который позволил ей «касаться» тачскрина планшета с помощью небольшого устройства через Bluetooth. Другие хирурги из Школы медицины Университета Джона Хопкингса установили молодому человеку 128 электродных датчиков в часть моторной коры, которая управляет движениями рук и кистей, и это позволило ему шевелить отдельными пальцами бионической руки.

Нейрохирург Джеффри Розенфельд из Университета Монаша и его коллеги разрабатывают «бионические глаза», которые будут подключаться напрямую к мозгу и давать зрение слепым. Идея в том, что сигналы от пары стекол будут напрямую передаваться в имплантат в визуальной коре мозга. Такое улучшение поможет восстановить зрение в 85% случаев клинически слепых людей. Поскольку информация передается напрямую в мозг, технология обещает помочь тем, кто не получает ничего от имплантатов сетчатки, еще одной формы бионического глаза. Испытания на людях запланированы в 2017 году.

Интерфейсы, связывающие мозги людей с протезами, становятся лучше, но у них есть один недостаток. Чтобы обеспечить четкое считывание электрических сигналов мозга, хирурги должны открыть череп или проникнуть в него, чтобы имплантировать электроды прямо на поверхность мозга. У такого рода операций имеются очевидные риски, и через некоторое время вокруг электрода может образоваться рубцовая ткань, которая будет заглушать сигнал.

Есть ли более щадящий способ получить четкие сигналы, не залезая в череп?

Есть менее радикальный способ, но его пока испытали только на овцах. Николас Опи и его коллеги из Университета Мельбурна, Королевского госпиталя Мельбурна и Института нейробиологии и психического здоровья Флори разрабатывают устройство под названием «стентрод», которое настолько крошечное, что помещается в человеческом кровеносном сосуде. Хирурги вставляют тонкий гибкий стент в кровеносный сосуд в паху, а затем направляют устройство через тело в моторную кору, командный центр управления движениями тела в мозге. Там стентрод оказывается в кровеносном сосуде, собирая сигналы 24/7.

В конечном счете ученые хотят, чтобы стентрод «общался» с экзоскелетом и вернул подвижность людям, которые потеряли конечности. Парализованные пациенты — вероятнее всего, молодые люди после неудачного случая — смогут получить устройство на испытание в Мельбурне уже в конце 2017 года.

Также в один прекрасный день можно будет направить стентрод по другому пути, в сенсорную кору головного мозга. Это позволит людям, использующим бионические конечности, «чувствовать» то, к чему они прикасаются, и откроет много других возможностей для восстановления. «Когда вы поднимаете яйцо, важно не сжимать слишком сильно, то есть необходима обратная связь», говорит Дэвид Грайден, инженер проекта.

Выходит, все мы скоро получим управляемые силой мысли устройства?

Если испытание на людях пройдет успешно, стентрод может стать коммерчески доступным уже через шесть лет. Но хотя стент менее инвазивен, чем операции непосредственно на мозге, он по-прежнему требует размещения устройства в мозге. Некоторые люди поначалу выберут безопасность, говорит Грайден, но он не может сказать, когда люди будут имплантировать электроды исключительно ради удобства.

Немногие места обладают большим мистическим притяжением, чем этот ржаво-красный камень в 54,6 миллиона километрах от нас. Даже тысячи лет назад древние цивилизации рассуждали о том, что там могло бы происходить такого кроваво-красного. Наверняка без крови или огня было не обойтись. Но мистический туман рассеивается, и вы обнаруживаете странные ледяные земли, которые превосходят даже самые смелые ваши мечты: широкие плоскогорья, продуваемые всеми ветрами пустыни, доисторические кратеры, возвышающиеся вулканы и дюнные поля размером с Люксембург, и все это покрыто всепроникающей пылью и каменной пудрой. Здесь никогда не идет дождь (потому что вода мгновенно испаряется), парниковый эффект считается радостным событием, а падение не оставляет болезненных ощущений.

На Марсе закаты мерцающе синие, а Земля — не более чем крошечный шарик среди звезд. И куда бы вы ни отправились — охотиться на инопланетную жизнь или кататься на лыжах по озерам из замерзшего диоксида углерода — вы везде будете первым. Это захватывает дух. Впрочем, это преувеличение, потому что дышать полной грудью на Марсе у вас не получится.

Как туда добраться?

Спустя много лет беззаветных мечтаний, это наконец происходит. Если все пойдет по плану, SpaceX во главе с ее бессменным руководителем Элоном Маском планирует отправить первую партию туристов на Красную планету в 2022 году.

Однако если вы не хотите платить за билет, есть другая возможность: изучать Марс опосредованно. Это вполне реальная возможность, которую в настоящее время исследует NASA. Для этого понадобится только робот и гарнитура виртуальной реальности.

Что посмотреть?

Первая достопримечательность в списке — это гора Олимп. Этот вулкан высотой 22 километра самый большой в Солнечной системе — почти в три раза выше горы Эверест. Как и вулканы на Земле, этот вулкан на вершине покрыт тонкими облаками, только состоят они не из воды, а из пыли. Пока неизвестно, активен ли Олимп, но если да, то его сила должна выбрасывать гигантские лавовые бомбы в космос.

Если вы отправитесь на юго-запад, там вы найдете Valles Marineris. Эта впечатляющая долина напоминает глубокий шрам, идущий вдоль марсианского экватора. В общей сложности ее длина порядка 4000 километров. Это много, по земным меркам. В некоторых местах ее глубина достигает 7 километров.

Как этот шрам образовался на Марсе, пока неясно. Valles Marineris состоит из красочных слоистых отложений, которые, возможно, образовались на дне древнего озера или ледника или в процессе накопления вулканического пепла. Но в отличие от, например, американского Гранд-Каньона, который сформировался в процессе эрозии, на Марсе мог произойти дрейф континентов, который сформировал пропасть, когда разорвались две тектонические плиты. Две стороны пропасти совпадают, как кусочки пазла.

«Оба этих места было бы круто посетить. Они намного больше, чем что бы то ни было на Земле, и это отчасти потому, что у Марса намного более толстая кора», говорит Эшвин Васавада, ученый из Лаборатории реактивного движения NASA в Калифорнии.

Если вы будете смотреть на закат из каньона, тот не будет красным — синим. Это явление связано со слабой атмосферой планеты, толщина которой равна 1% земной. Небо нашей планеты голубое, поскольку эти длины волн рассеиваются молекулами воздуха. На Марсе такого не происходит в такой же степени, поэтому небо цвета ириски. Но когда солнце низко, свет должен дальше путешествовать через атмосферу, и марсианское небо становится жутковато синим.

И у Красной планеты есть еще один голубой сюрприз. Во многих районах, лежащие под толстым слоем красной пыли, встречаются синие и зеленые минеральные породы, например, железа. В результате, когда пыль сметается ветром или воздействием своенравного астероида, она раскрывает калейдоскопический массив голубых оттенков — от рифленых песчаных дюн до кратеров, светящихся кобальтово-синей аквамариновой пылью.

Климат

Сказать, что на Марсе лучше всего летом, будет немного мимо кассы. «Средняя температура на Марсе (около -56 градусов по Цельсию) примерно такая же, как в глубинах Антарктиды», говорит Дэвид Катлинг, астробиолог из Вашингтонского университета.

Если вы предпочитаете пляжный отдых, вы наверняка захотите держаться поближе к экватору. Здесь вы найдете приятное тепло (до 35 градусов в тени) и совсем немного ветра. При такой разреженной атмосфере бушующий шторм будет подобен легкому ветерку. И хотя ночью влажно и туманно, днем все сухо. «В кратере Гейла примерно десять молекул воды на миллион молекул воздуха. На Земле их были бы тысячи», говорит Васавада.

Поскольку Красная планета в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля, нет никакой необходимости брать с собой очки — в дневное время будет примерно так же ярко, как если бы вы уже надели пару.

Увы, палатки и костры исключаются. Даже если вы найдете что-нибудь, что можно сжечь, в отсутствие растений, атмосфера состоит на 96% из диоксида углерода, который больше подходит для тушения огня, чем для его поддержания.

Чем заняться

При холоде в -193 градуса, марсианские полюса представляют собой зимнюю страну чудес. Оба лежат в полной темноте на протяжении половины года и располагают ледяными шапками, сделанными из замерзшей воды. Они покрыты пушистым слоем сверхмягкого снега из замороженного углекислого газа; на юге его толщина может достигать нескольких метров. Если вы любите арктический климат, вы будете вознаграждены возможностями покататься на лыжах, от которых земные спортсмены позеленеют от зависти.

По данным журнала Popular Mechanics, каждую зиму около четверти атмосферы Красной планеты промерзает и выпадает на ледяную поверхность планеты. И хотя крошечные кубические гранулы никак не подойдут для снежков (недостаточно липкие) — они будут идеальны для сноубординга и катания на лыжах.

Когда свет солнца возвращается весной, полюса испаряются, превращаясь из твердых в газообразные. На поверхности льда сухой лед, из которого на земле делают театральный туман, поднимается вверх, образуя струйки перистых облаков, которые подстегиваются мощными ветрами, летящими на скорости более 400 км/ч.

Если вы не хотите держаться экватора, всегда можно осмотреть дикую природу. Любая известная форма жизни на Земле состоит из жидкой воды, поэтому если на Марсе есть жизнь, она, скорее всего, таится в лужах.

Ученые искали эти лужи многие годы, но безрезультатно. И вот, в 2011 году, их нашли: загадочные темные потоки жидкости, стекающие со склонов каньонов и кратеров Марса. Скорее всего, эти ручейки очень соленые. Но кто знает, возможно, марсианская жизнь предпочитает именно рассол. Для того чтобы ее найти, потребуются микроскопы, а не бинокли.

А в ночное время рекомендуем откинуться на спинку стула — благо треть земной гравитации позволяет — и насладиться видом. И не забудьте сделать селфи.

Источник.

На протяжении второй половины 20-го века исследователи происхождения жизни работали каждые в своем лагере. Каждая группа настаивала на собственной версии развития событий и старалась уничтожить конкурирующие гипотезы. Такой подход был безусловно успешным, о чем свидетельствуют предыдущие главы, но каждая перспективная идея о происхождении жизни в конечном счете наталкивалась на серьезную проблему. Так что некоторые исследователи сейчас пытаются найти более единый подход.

Часть первая: как сделать клетку?

Часть вторая: раскол в рядах ученых

Часть третья: в поисках первого репликатора

Часть четвертая: энергия протонов

Часть пятая: так как же всё-таки создать клетку?

Несколько лет назад эта идея получила мощный толчок, благодаря результату, поддерживающему устоявшуюся теорию «мира РНК».

К 2009 году у сторонников мира РНК была большая проблема. Они не могли сделать нуклеотиды, строительные блоки РНК, как если бы это происходило в условиях ранней Земли. Это и привело людей к мысли, что первая жизнь вовсе не была построена на РНК, как мы выяснили в третьей части.

Земля — единственное место, где есть жизнь. Пока

Джон Сазерленд думал об этой проблеме с 1980-х. «Я думал, что продемонстрировать, что РНК может самособираться, было бы очень круто», говорит он.

К счастью для Сазерленда, он получил работу в Лаборатории молекулярной биологии (LMB) в Кембридже. Большинство научно-исследовательских институтов заставляют своих сотрудников постоянно генерировать новые работы, но LMB нет. Поэтому Сазерленд мог хорошенько обдумать, почему сделать нуклеотид РНК так сложно, и провел годы, разрабатывая альтернативный подход.

Его решение привело его к совершенно новой идее о происхождении жизни: все ключевые компоненты жизни могли сформироваться одновременно.

«В химии РНК были определенные аспекты, которые не работали», говорит Сазерленд. Каждый нуклеотид РНК состоит из сахара, основания и фосфата. Но заставить сахар и основание соединиться оказалось невозможно. Молекулы просто не той формы.

Поэтому Сазерленд начал пробовать совершенно другие вещества. В конечном счете его команда пришла к пяти простым молекулам, включая другой сахар и цианамид, родственный цианиду. Эти химические вещества пропустили через цепочку реакций и в конечном итоге сделали два из четырех нуклеотидов РНК, не делая отдельные сахара или основания.

Это был ослепительный успех, который сделал Сазерленду имя.

Многие наблюдатели интерпретировали эти результаты как еще одно доказательство в пользу мира РНК. Но сам Сазерленд так не считал.

«Классическая» гипотеза мира РНК утверждает, что в первых организмах РНК отвечала за все функции жизни. Но Сазерленд говорит, что это безнадежно оптимистично. Он считает, что РНК принимала важное участие, но на ней все клином не сходилось.

Вместо этого он вдохновился одной из последних работ Шостака, которая (как мы выяснили в пятой части) совмещала РНК-мир «сперва воспроизводства» с идеями «сперва компартментализации» Пьера Луиджи Луизи.

Сазерленд пошел еще дальше. Его подход представлял собой «сперва всё». Он хотел, чтобы цельная клетка собралась сама по себе с нуля. К этому его привела странная деталь в его синтезе нуклеотидов, которая сначала казалась случайной.

Жизни нужна жирная смесь веществ

Последним шагом в процессе Сазерленда было забросить фосфат в нуклеотид. Однако он выяснил, что лучше всего было включать фосфат в смесь с самого начала, поскольку он ускорял первые реакции. Казалось, что включение фосфата до того, как он понадобится на самом деле, было слегка «грязноватым» действием, но Сазерленд выяснил, что этот хаос — это хорошо.

И так он задумался о том, насколько беспорядочными должны быть смеси. Во времена ранней Земли должны были существовать десятки или сотни химических веществ, плавающих вместе. Рецепт шлама? Возможно. Но беспорядок может быть важным условием.

Смеси, которые Стэнли Миллер приготовил в 1950-х годах, о которых мы говорили в первой части, были куда грязнее сазерлендовых. Они включали биологические молекулы, но Сазерленд говорит, что они «были в небольших количествах и сопровождались огромным количеством других, не биологических соединений».

Сазерленд считал, что подход Миллера был недостаточно хорош. Он был слишком грязным, поэтому хорошие химические вещества просто терялись в смеси.

Поэтому Сазерленд вознамерился найти «химию Златовласки»: не слишком грязную, чтобы стать бесполезной, но и не слишком простую, чтобы быть ограниченной в возможностях. Получить достаточно сложную смесь — и все компоненты жизни смогут сформироваться одновременно и найти друг друга.

Другими словами, четыре миллиарда лет назад на Земле был пруд. Он существовал годами, пока в нем не собрались нужные химические вещества. Затем, возможно, за какие-нибудь пару минут появилась первая клетка.

Горстки химвеществ недостаточно для жизни

Это может показаться совершенно неправдоподобным, словно заявления средневековых алхимиков. Но у Сазерленда только прибавляется доказательств. В 2009 году он показал, что та же химия, которая позволила собрать два его нуклеотида РНК, также может создавать многие другие молекулы жизни.

Очевидным следующим шагом было сделать больше нуклеотидов РНК. Пока этого сделать не удалось, но в 2010 году он собрал тесно связанные молекулы, которые потенциально могут превратиться в нуклеотиды. Точно так же, в 2013 году он сделал прекурсоры аминокислот. На этот раз ему пришлось добавить цианид меди, чтобы заставить реакцию протекать.

Связанные с цианидом химические вещества оказались общей темой, и в 2015 году Сазерленд сделал с ними еще больше. Он показал, что в том же горшке с химическими веществами могут появиться и прекурсоры липидов, молекул, из которых состоят стенки клеток. Все эти реакции полагались на ультрафиолетовый свет, включали серу и медь как катализатор.

Жизни нужен настоящий рог изобилия химвеществ

«Все строительные блоки вышли из общего ядра химических реакций», говорит Шостак.

Если Сазерленд прав, то весь наш подход к происхождению жизни за последние 40 лет был в корне неверным. С тех пор, как стала очевидной сложность клетки, ученые начали работать с предположением, что первые клетки должны были собираться постепенно, по частям.

Вслед за предложением Лесли Оргела о том, что сначала появилась РНК, ученые пытались «поставить одно перед другим, а потом как-то получить порядок», говорит Сазерленд. Но он думает, что лучше всего — сделать все и сразу.

«Мы, по сути, усомнились в мысли о том, что сделать все разом слишком сложно», говорит он. «Определенно можно сделать строительные блоки всех систем сразу».

Шостак теперь подозревает, что большинство попыток сделать молекулы жизни и собрать их в живые клетки провалились по одной причине: эксперименты были слишком чистыми.

Ученые использовали несколько химических веществ, которые были им интересны, и оставляли все прочие, которые тоже, вероятно, присутствовали на ранней Земле. Но работа Сазерленда показала, что добавляя больше химических вещей в смесь, можно создать больше сложных явлений.

Шостак и сам столкнулся с этим в 2005 году, когда пытался разместить фермент РНК в своих протоклетках. Ферменту нужен был магний, который уничтожал мембраны протоклеток. Решение оказалось на удивление простым. Вместо того чтобы делать везикулы из одной только жирной кислоты, их сделали из смеси обоих веществ. Новые, «грязные» везикулы справлялись с магнием и могли размещать работающие ферменты РНК.

Более того, Шостак говорит, что первые гены тоже могли включать беспорядок.

ДНК состоит из небольших молекул — нуклеотидов

Современные организмы используют чистую ДНК для переноса генов, но чистой ДНК, вероятно, не существовало поначалу. Нужна была смесь нуклеотидов РНК и нуклеотидов ДНК.

В 2012 году Шостак показал, что такая смесь может собираться в «мозаику» молекул, которая выглядит и ведет себя почти как чистая РНК. Эти перемешанные цепочки РНК/ДНК даже можно было аккуратно сложить.

Выходит, не имеет значения, могли первые организмы иметь чистую РНК или чистую ДНК. «Я даже вернулся к мысли о том, что первый полимер был очень похож на РНК, такой более грязной версией РНК», говорит Шостак. Альтернатив РНК могло быть еще больше, вроде ТНК и ПНК, о которых мы говорили в третьей части. Мы не знаем, существовали они на Земле или нет, но если да, то первые организмы вполне могли использовать и их.

Это уже был не «мир РНК», а «мир вперемешку».

Урок этих исследований в том, что сделать первую клетку может быть было не так сложно, как кажется. Да, клетки — сложные машины. Но оказывается, что они продолжают работать, хоть и не так хорошо, если их слепить небрежно, как снежок.

Кажется, что такие неуклюжие клетки не имели шансов выжить на ранней Земле. Но у них практически не было конкуренции, им не угрожали никакие хищники, поэтому во многих отношениях жизни было проще, чем сейчас.

В юности Землю постоянно бомбардировали метеориты

Однако существует одна проблема, которую не смогли решить Сазерленд или Шостак, и это серьезная проблема. Первый организм должен был иметь какой-то метаболизм, обмен веществ. С самого начала жизнь должна была получать энергию, либо умереть.

В этом Сазерленд согласен с Майком Расселлом, Биллом Мартином и другими сторонниками теорий «сперва метаболизм» из четвертой части. «Пока РНК-ребята бодались с метаболизм-ребятами, у обоих сторон были веские аргументы», говорит Сазерленд.

«Метаболизм должен был где-то протекать, — вторит ему Шостак. — Источник химической энергии — это огромный вопрос».

Даже если Мартин и Расселл ошибаются на тему того, что жизнь началась у глубоководных источников, многие элементы их теории почти наверняка верны. Один из них — значение металлов для рождения жизни.

У этого фермента в центре металл

В природе у многих ферментов есть атом металла в ядре. Зачастую это «активная» часть фермента; остальная часть молекулы выступает поддерживающей структурой. Первая жизнь не могла иметь таких сложных ферментов, поэтому почти наверняка использовала «голые» металлы в качестве катализаторов.

Гюнтер Вахтершаузер подметил это, когда предположил, что жизнь образовалась на основе железного пирита. Аналогичным образом, Расселл подчеркивал, что воды гидротермальных источников богаты металлами, которые могут выступать в качестве катализаторов — и исследование Мартина выявило множество ферментов на основе железа у последнего универсального общего предка (LUCA).

В свете этого имеет смысл, что многие химические реакции Сазерленда полагаются на медь (и — как и подчеркивал Вахтершаузер — на серу), а РНК в протоклетках Шостака нуждается в магнии.

Может быть и так, что гидротермальные источники окажутся вдруг важнейшими элементами головоломки. «Если посмотреть на современный метаболизм, в нем имеются такие красноречивые вещи, как железосерные кластеры», говорит Шостак. Это говорит в поддержку идеи возникновения жизни у жерл, где вода богата железом и серой.

Но если Сазерленд и Шостак действительно находятся на верном пути, один аспект гидротермальной теории совершенно не имеет смысла: жизнь не могла появиться в глубоком море.

Жизнь могла появиться на мелководье

«Химия, к которой мы пришли, очень зависит от ультрафиолетового света», говорит Сазерленд. Единственным источником ультрафиолетового излучения является Солнце, поэтому его реакции могут протекать только в освещенных солнечных местах. Это исключает глубоководный сценарий.

Шостак согласен: глубокие воды вряд ли были колыбелью жизни. Кроме того, они изолированы от атмосферной химии, которая является источником высокоэнергетических стартовых материалов вроде цианида.

Но эти проблемы не исключают гидротермальную теорию полностью. Возможно, эти источники были на мелководье, купаясь в солнечном свете и цианидах.

У Армена Мулкиджаняна есть альтернатива. Возможно, жизнь появилась на земле, в вулканическом пруду.

Или в вулканическом пруду

Мулкиджанян обратил внимание на химический состав клеток: в частности, какие химические вещества они впускают и какие нет. Оказалось, что клетки, вне зависимости от организма-носителя, содержат много фосфата, калия и других металлов — но не натрия.

В настоящее время клетки получают их, закачивая материалы в себя, но первые клетки не могли этого делать, поскольку не обладали нужным механизмом. Поэтому Мулкиджанян предположил, что первые клетки образовались где-то, где был примерно такой же состав химических веществ, что и у современных клеток.

Океан сразу же отпадает. В клетках намного больше калия и фосфата, чем в океане, и намного меньше натрия. Но на ум приходят геотермальные пруды вблизи активных вулканов. Эти пруды обладают именно тем коктейлем металлов, который находят в клетках.

Шостаку нравится эта идея. «Думаю, мой любимый сценарий на данный момент будет включать мелководное озеро или пруд на поверхности в геотермально активной области, — говорит он. — Тогда у нас будут гидротермальные источники, но не те, что в глубине океана, а какие-нибудь похожие на источники в вулканически активных зонах по типу Йеллоустоуна».

Химия Сазерленда вполне могла бы сработать в таком месте. У этих источников подходящий химический состав, уровень воды колеблется, местами все пересыхает, а ультрафиолетового излучения солнца вполне достаточно.

Или в горячих источниках

Более того, Шостак говорит, что такие пруды подошли бы его протоклеткам.

«Протоклетки были бы относительно холодными большую часть времени, что хорошо для копирования РНК и других типов простого метаболизма», говорит Шостак. «Но им понадобился бы периодический нагрев,к который помогал бы цепочкам РНК отпадать ради следующего раунда воспроизводства».

Потоки холодной или горячей воды помогали бы протоклеткам делиться.

Опираясь на многие из этих аргументов, Сазерленд предлагает и третий вариант: место падения метеорита.

Метеориты падали на Землю постоянно в течение ее первого полумиллиарда лет существования — и с тех пор тоже иногда падают. Хороший удар создал бы условия, подобные прудам Мулкиджаняна.

Во-первых, метеориты в основном сделаны из металла. Зоны воздействия, как правило, богаты полезными металлами вроде железа, а также серой. И самое главное, удары метеоритов плавят земную кору, что приводит к геотермальной активности и нагреву воды.

Сазерленд представляет небольшие ручейки и реки, стекающие по склонам ударного кратера, выщелачивающие химвещества на основе цианида из пород, пока ультрафиолетовое излучение проливается свыше. Каждый поток приносит ту или иную смесь химических веществ, так что начинают различные реакции и производится целый ряд органических химических веществ.

Или в кратере метеорита

В конце концов, потоки стекают в вулканический пруд на дне кратера. В таком пруду, возможно, все элементы головоломки сложились бы вместе и образовались первые протоклетки.

«Это довольно специфический сценарий», говорит Сазерленд. Но он предпочел его на основе химических реакций, с которыми столкнулся. «Пока этот сценарий единственный совместимый по части химии».

Шостак не уверен настолько, но согласен с тем, что идея Сазерленда заслуживает внимания. «Думаю, сценарий с ударом прекрасен. Думаю, идея вулканических систем также может сработать. У обеих теорий есть хорошие аргументы».

Пока что дебаты будут разворачиваться и дальше. Но решение будет зависеть от химии и протоклеток. Если выяснится, что одному из сценариев недостает важного химического вещества или что-то разрушает протоклетки, от него придется отказаться.

Но впервые в истории мы можем получить всеобъемлющее объяснение того, как начиналась жизнь.

Пока что подход «все и сразу» Шостака и Сазерленда предлагает лишь отрывочные повествования. Но эти шаги были разработаны на основе десятилетий экспериментов. Также этот подход опирается на все другие гипотезы происхождения жизни. Он пытается использовать все их хорошие стороны, вместе с тем решая всех их проблемы. К примеру, он не разрушает гипотезу Расселла о гидротермальных источниках, а скорее включает ее лучшие элементы.

Конечно, мы не можем знать наверняка, что происходило четыре миллиарда лет назад. «Даже если вы построили реактор и из него вышла кишечная палочка… это не доказывает, что все так и было», говорит Мартин.

Лучшее, что мы можем сделать, это составить историю, которая согласуется со всеми доказательствами: с экспериментами в области химии, с нашими познаниями о ранней Земле, с тем, что говорит биология о самых древних формах жизни. Наконец, после столетия напряженных усилий, история начинает вырисовываться.

И это значит, что мы приближаемся к одному из важнейших переломных моментов в человеческой истории: после которого мы узнаем историю появления жизни на Земле. Все люди, умершие до того, как Дарвин опубликовал «Происхождение видов» в 1859 году, понятия не имели, откуда взялся человек, потому что ничего не знали об эволюции. Но любой живущий сегодня может узнать правду о нашем родстве с животными.

Точно так же любой рожденный после выхода Юрия Гагарина на орбиту Земли в 1961 году, жил в обществе, которое может отправиться к другим мирам. Космические путешествия стали реальностью, даже если мы сами в них не участвовали.

Эти факты меняют наш взгляд на мир. Они делают нас мудрее. Эволюция учит нас беречь каждое живое существо, потому что мы все произошли от одного предка. Космические путешествия позволяют нам смотреть на другие миры издалека, видеть всю их уникальность и хрупкость.

Некоторые из живущих сегодня людей станут первыми в истории, которые смогут с уверенностью заявить, что мы точно знаем, откуда пришли. Они будут знать, каким был наш первый предок и где жил.

Это знание изменит нас. На чисто научном уровне оно расскажет нам о том, насколько вероятно появление жизни во Вселенной и где ее искать. И оно расскажет нам о сущности жизни. Но можем ли мы знать, какие знания откроются нам после того, как мы узнаем тайну появления жизни? Вряд ли.

По материалам BBC

Источник

К началу 2000-х годов ученые выделили две ведущие идеи о том, как могла появиться жизнь. Сторонники «РНК-мира» были убеждены, что жизнь началась с самовоспроизводящейся молекулы. В то же время ученые в лагере «сначала метаболизм» считают, что жизнь могла появиться в гидротермальных жерлах на дне океана. И все же на передний план вышла третья идея.

Часть первая: как сделать клетку?

Часть вторая: раскол в рядах ученых

Часть третья: в поисках первого репликатора

Часть четвертая: энергия протонов

Каждое живое существо на Земле состоит из клеток. Каждая клетка — это по сути мягкий шарик, мешочек, с жесткой внешней стенкой, или «мембраной». Задача клетки — удерживать все предметы первой необходимости вместе. Если наружная стенка порвется, внутренности выльются наружу и клетка умрет — так же, как и выпотрошенный человек.

Наружная стенка клетки настолько важна, что некоторые исследователи происхождения жизни даже считают, что она появилась прежде всего. Они считают, что подходы «сперва генетика», который мы обсудили во второй части, и «сперва метаболизм», который мы обсудили в четвертой части, ошибочны. Их альтернатива — «сперва компартментализация» — представлена Пьером Луиджи Луизи из Университета Рома Тре в Риме, Италия.

Все живые предметы состоят из клеток

Идея Луизи проста, и с ней трудно спорить. Каким образом вы собрались создавать рабочую метаболическую систему или самовоспроизводящуюся РНК, каждый из которых опирается на наличие большого количества химических веществ в одном месте, если вы сначала не сделаете контейнер, который удерживает все молекулы вместе.

Если вы с этим согласны, есть только один способ, с которого могла начаться жизнь. Каким-то образом, в жаре и буре ранней Земли, неколько сырых материалов сложились в грубые клетки, или «протоклетки». Осталось только повторить это в лаборатории: создать простую живую клетку.

Идеи Луизи можно проследить аж до Александра Опарина и рассвета науки о происхождении жизни в СССР, которых мы обсудили в первой части. Опарин подчеркнул тот факт, что некоторые химические вещества образуют сгустки — коацерваты — которые могут держать другие вещества внутри. Он предположил, что коацерваты были первыми протоклетками.

Любое жирное или маслянистое вещество будет образовывать сгустки или пленки в воде. Эти химические вещества известны в общем как липиды. Соответственно, гипотезу о том, что с них начала жизнь, назвали «липидным миром».

Но просто сформировать сгустки недостаточно. Они должны быть стабильными, уметь делиться на «дочерние» сгустки и хоть немного контролировать, что проходит внутрь и выходи наружу — и все это без сложных белков, которые используют современные клетки для этих задач.

Появилась задача собрать такие протоклетки из всего необходимого материала. Несмотря на множество попыток за много лет, Луизи так и не сделал ничего хоть мало-мальски убедительного. И тогда, в 1994 году, он осмелился сделать дерзкое предположение. Он предположил, что первые протоклетки должны были содержать РНК. Более того, эта РНК должна была уметь воспроизводиться внутри протоклетки.

Как-то клетка все же появилась

И вот, его гипотеза стала очень сложной и отошла от чистого подхода «сперва компартментализация». Но у Луизи были веские доводы.

Клетка с внешними стенками, но без внутренностей, мало что может. Возможно, она могла бы делиться на дочерние клетки, но не передавала бы никакой информации о себе потомству. Она могла начать развиваться и становиться более сложной только при наличии некоторых генов.

Вскоре эта идея обрела сильного сторонника в лице Джека Шостака, работу которого на тему «мира РНК» мы изучили в третьей части. Луизи был членом лагеря «сперва компартментализация», Шостак поддерживал «сперва генетику», и много лет они не встречались с глазу на глаз.

Почти вся жизнь одноклеточная

«Мы встречались на собраниях на тему происхождения жизни и затевали эти длинные дискуссии на тему того, что было важнее и что пришло первым», вспоминает Шостак. «Наконец, мы поняли, что у клеток было и то и другое. Мы пришли к общему мнению, что для возникновения жизни важно иметь и компартментализацию, и генетическую систему».

В 2001 году Шостак и Луизи изложили свое видение этого единого подхода. В работе, опубликованной в Natire, они заявили, что должно быть возможность создать простую живую клетку с нуля, разместив реплицирующуюся РНК в обычной капле жира.

Это была радикальная идея. Очень скоро Шостак решил полностью посвятить себя ей. Рассудив, что «мы не можем излагать эту теорию, ничем ее не подкрепив», он решил начать экспериментировать с протоклетками.

Спустя два года Шостак и двое его коллег объявили о большом успехе.

Везикулы — это простые контейнеры, состоящие из липидов

Они экспериментировали с везикулами: сферическими каплями с двумя слоями жирных кислот на внешней стороне и центральным жидким ядром. Пытаясь найти способ ускорить создание везикул, они добавили малые частички глины под названием монтмориллонит. Везикулы начали формироваться в 100 раз быстрее. Поверхность глины выступили катализатором, как некий фермент.

Более того, везикулы могли поглощать как частицы монтморрилонита, так и цепи РНК с поверхности глины. Теперь эти протоклетки уже содержали гены и катализатор, и все из одной простой добавки. Решение добавить монтмориллонит было принято не просто так. За несколько десятилетий много работ предположили, что монтмориллонит и подобные ему глины могли иметь важное значение для происхождения жизни.

Кусок монтмориллонита

Монтмориллонит — это обычная глина. В настоящее время она используется для самых разных дел, из нее даже кошачий наполнитель делают. Образуется она, когда вулканический пепел расщепляется погодой. Поскольку ранняя Земля изобиловала вулканами, кажется вероятным, что на ней было и много монтмориллонита.

Еще в 1986 году химик Джеймс Феррис показал, что монтмориллонит выступает катализатором, который помогает формироваться органическим молекулам. Позже он обнаружил, что глина также ускоряет формирование малых РНК.

И тогда Феррис предположил, что эта невзрачная глина могла быть местом зарождения жизни. Шостак принял эту идею и включил ее в работу, используя монтмориллонит для строительства своих протоклеток. Годом спустя Шостак обнаружил, что его протоклетки могут расти сами по себе.

Чем больше молекул РНК оказывалось в протоклетке, тем выше было давление на наружную стенку. Похоже, желудок протоклетки был забит и она была готова сходить по-большому. Чтобы компенсировать это, протоклетка приняла больше жирных кислот и включила их в стенки, благодаря чему раздулась еще больше и ослабила напряжение.

Что важно, она взяла жирные кислоты из других протоклеток, в которых было меньше РНК, заставив их сократиться. Будто бы протоклетки соперничали и та, у которой было больше РНК, побеждала. Но если протоклетки могут расти, может они и делиться могут? Сможет ли протоклетка Шостака воспроизвести себя?

Клетки делятся на два

Первые эксперименты Шостака показали, что способ деления протоклеток действительно есть. Если сжать ее в небольшом отверстии и вытянуть в трубочку, протоклетка разрывается, формируя «дочерние» протоклетки. Эта идея была неплохой, потому что в ней не участвовал никакой клеточный механизм: просто давление. Но такое решение было не самым лучшим, поскольку протоклетки теряли часть содержимого в этом процессе. Это также означало, что первые клетки могли делиться лишь проталкиваясь через крошечные отверстия.

Существует множество способов заставить везикулы делиться. Например, можно добавить сильный поток воды. Осталось только заставить протоклетки делиться и не терять кишки. В 2009 году Шостак и его студент Тинг Чжу нашли решение. Они сделали немного более сложные протоклетки с наружными стенками в несколько слоев, напоминающие слои лука. Несмотря на такую сложность, эти протоклетки все еще было просто создать.

Когда Чжу кормил их жирными кислотами, протоклетки росли и меняли форму, вытягиваясь в длинные канатоподобные цепочки. После того, как протоклетка становилась достаточно длинной, легкой приложенной силы достаточно, чтобы разбить ее на десятки мелких дочерних протоклеток.

Каждая дочерняя протоклетка содержала РНК родительской протоклетки и не теряла ни одной РНК. Более того, протоклетки могли повторять цикл постоянно, дочерние протоклетки росли и делились. Эту часть проблему, похоже, решили.

В последующих экспериментах Чжу и Шостак нашли еще больше способов заставить протоклетки делиться. Но все равно протоклеткам многого недоставало. Луизи хотел, чтобы протоклетки тиражировали РНК, но РНК просто сидела в них и ничего не делала. Чтобы показать, что его протоклетки могли быть первой жизнью на Земле, Шостаку нужно было заставить РНК внутри них воспроизводиться.

Это было нелегко, поскольку, несмотря на десятилетия попыток — изложенных в третьей части, — никто так и не смог заставить РНК самовоспроизводиться. Эта же проблема загнала Шостака в угол в ходе его первых работ над «миром РНК», и никому другому не удалось ее решить. Поэтому он вернулся и перечитал работу Лесли Оргела, который так долго работал над гипотезой РНК-мира. В этих пыльных бумагах обнаружились ценные подсказки.

Первая клетка должна была вмещать химию жизни

По сути все просто. Возьмите одну цепь РНК и набор свободных нуклеотидов. Затем, используя эти нуклеотиды, соберите вторую цепь РНК, комплементарную первой. Например, цепь РНК «CGC» произведет комплементарную цепь «GCG». Сделав это дважды, вы получите копию оригинальной «CGC», только окольным путем.

Оргел обнаружил, что при определенных обстоятельствах цепи РНК могут копироваться таким образом без какой-либо помощи ферментов. Возможно, именно так первая жизнь создала копии своих генов.

К 1987 году Оргел мог взять цепь РНК длиной в 14 нуклеотидов и создать дополняющие цепи длиной тоже в 14 нуклеотидов. Больше ему сделать не удалось, но этого было достаточно, чтобы заинтриговать Шостака. Его ученица Катажина Адамала попыталась запустить такую реакцию в протоклетках.

Они обнаружили, что для работы такой реакции нужен магний. Но магний уничтожил протоклетки. Впрочем было и простое решение: цитрат, который почти идентичен лимонной кислоте и который присутствует во всех живых клетках.

В исследовании, опубликованном в 2013 году, они добавили цитрат и обнаружили, что тот обволок магний, защищая протоклетки и позволяя шаблону продолжать копироваться. Другими словами, им удалось сделать то, что Луизи предлагал в 1994 году. «Мы запустили химию репликации РНК внутри этих жирно-кислотных везикул», говорит Шостак.

Протоклетки Шостака могут жить в сильном тепле

Всего за десять лет исследований команде Шостака удалось совершить невероятное.

Они создали протоклетки, которые сохраняют свои гены, при этом забирая полезные молекулы снаружи. Эти протоклетки могут расти и делиться и даже соперничать между собой. РНК может воспроизводиться внутри них. С какой стороны ни посмотри, они были похожи на первую жизнь.

Еще они были весьма устойчивыми. В 2008 году группа Шостака обнаружила, что эти протоклетки могут переживать нагрев до 100 градусов по Цельсию, температуры, которая уничтожает большинство современных клеток. Следовательно, эти протоклетки были похожи на первую жизнь, которая должна была переживать сильное тепло от постоянных ударов метеоритов.

«Шостак делает большую работу», говорит Армен Мулкиджанян.

Тем не менее, на первый взгляд, подход Шостака идет вразрез с 40 годами исследований происхождения жизни. Вместо того чтобы озадачиться «сперва воспроизводством» или «сперва компартментализацией», он решил делать оба дела сразу.

Молекулы жизни ведут себя крайне сложно

Это открывает путь к новому подходу к поиску происхождения жизни — единому, объединенному, унифицированному подходу. Он должен охватить все функции первой жизни сразу и одновременно. Эта гипотеза «сперва всё» уже насобирала достаточно свидетельств и может решить все проблемы существующих идей. Подробнее о ней — в следующей части.

Источник