Покой: первая стратегия выживания в жизни?

Ранняя Земля была экстремальным местом. Астероиды ударили по поверхности. Вулканы извергали лаву и углекислый газ. В густой токсичной атмосфере не хватало кислорода. И все же в этой суматохе возникла жизнь.

Ученые до сих пор не уверены, как впервые возникла и сохранилась жизнь, но новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, предполагает, что химические предшественники жизни справлялись с такими суровыми условиями посредством обратимых изменений активности и защиты — феномена, известного как покой.

Работу возглавлял младший научный сотрудник Института планетологии Кевин Вебстер, а соавтором был Джей Леннон из Университета Индианы.

«Меня действительно интересуют вопросы, касающиеся происхождения жизни», — сказал Вебстер. «Мой коллега, Джей Леннон, действительно интересуется спячкой. Однажды мы разговаривали, и он спросил, считаю ли я, что спячка старше жизни. И я ответил: «Я почти уверен, что так оно и есть. Вот что привело к созданию этой статьи». «

Организмы используют состояние покоя, чтобы снизить риск смерти, защищая себя от неблагоприятных условий и реанимируя после возвращения благоприятных условий.

«Если вы активны, но у вас нет еды, потому что, например, река высыхает, вы умрете», — сказал Вебстер. «Но если вы сможете выдержать эти действительно засушливые условия в состоянии покоя, то вы сможете вернуться к деятельности, как только снова появится вода, и выжить, чтобы передать свою генетическую информацию».

Вебстер и Леннон покопались в летописи окаменелостей и прочесали древо жизни, чтобы обнаружить, что состояние покоя использовалось самыми разными организмами на протяжении всей истории Земли, включая наши дни.

«Снижая уровень смертности в неоптимальных условиях, спячка уменьшит вероятность локального и глобального вымирания. Кроме того, спячка создает «семенной банк» неактивных особей», — пишут авторы, имея в виду, что жизнь не должна постоянно возобновляться во время бурной молодости Земли. .

Однако ключом к этой статье является не только то, что состояние покоя сделало жизнь более устойчивой, но и то, что еще до возникновения жизни ее химические предшественники, вероятно, проявляли черты покоя, включая способность существовать в различных состояниях активности, переходить между этими состояниями. активности и испытывать некоторую степень защиты от распада в период покоя.

Некоторые молекулы посредством различных процессов могут переключаться между состоянием покоя (во время которого они защищены, но не способны к репликации) и активности (во время которого они более уязвимы для окружающей среды, но способны к репликации). Переключение между этими состояниями может происходить в связи с изменениями в окружающей среде, такими как температура или доступность других молекул.

Например, ДНК — молекула, содержащая генетическую информацию, — состоит из двух скрученных вместе нитей, которые могут реагировать на изменения температуры. Высокие температуры могут привести к разделению двух цепей, а более низкие температуры могут вызвать самопроизвольную рекомбинацию двух разделенных цепей. ДНК также может оборачиваться вокруг белков, называемых гистонами, чтобы надежно запереть свой генетический код, а затем раскручиваться, когда возникают условия, благоприятные для репликации.

Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.

«Мы утверждаем, что эти молекулы могут делать такие вещи в биологических условиях и что на ранней Земле мы могли наблюдать такое поведение еще до возникновения жизни», — сказал Вебстер. В своей будущей работе Вебстер намерен проверить эти идеи посредством моделирования. В частности, он хочет проверить, как покой может повлиять на стабильность сетей химических реакций в пребиотических условиях, которые претерпевают изменения в окружающей среде.

Более того, спячка, вероятно, также повлияла на то, как жизнь колонизировала планету, в зависимости от того, где она зародилась. Например, если бы жизнь впервые зацвела в изолированном горячем источнике внутри страны, покой мог бы помочь ей распространиться за пределы первоначального оазиса. Если бы жизнь развивалась в океане, охватывающем весь земной шар, то состояние покоя, возможно, не играло бы такой решающей роли.

Понимание того, как жизнь зародилась, распространилась и сохранилась на Земле, также может пролить свет на то, как жизнь могла зародиться где-то еще.

«Как жизнь переходит из этого чисто неживого состояния в состояние, которое в конечном итоге становится живым? Я очарован этим вопросом, потому что он также может помочь в поиске жизни в далеких мирах», — сказал Вебстер. «Это может рассказать нам кое-что о процессах, через которые должна пройти планета, чтобы возникла жизнь, и о том, на что следует обратить внимание, когда это произойдет».

Информация от: Институтом планетарных наук.