Проблемы происхождения жизни.

ПСЕВДОМОРФОЗЫ ПО МИКРОБАМ В МЕТЕОРИТАХ

© 2009 г. А.Ю. Розанов

Палеонтологический институт им. А.А. Борисяка РАН

Данные по углистым хондритам, имеющиеся сегодня, показывают присутствие в них псевдоморфоз по микробам. Из возраста метеоритов следует, что жизнь возникла до образования Земли.

Как показывает практика последних 10-15 лет, результаты биологических исследований метеоритов оказались чрезвычайно важными, хотя часто и достаточно противоречивыми.

Строго говоря, уже в 1975 г. после выхода капитальной сводки Б. Надя (Nagy, 1975) можно было бы утверждать, что в углистых хондритах содержатся фоссилизированные остатки организмов как минимум бактериального уровня организации.

Однако научная общественность, особенно американские астрономы, встретили работы Надя и его коллег в штыки. Эта отрицательная реакция докатилась до Европы и СССР, и занятие углистыми хондритами как источником биологической информации стало считаться практически неприличным.

Новая волна обсуждений этих вопросов возникла в связи с публикациями Д. Маккея с коллегами (McKay et al., 1996), работами Р. Хувера (Hoover, 1997) и российских исследователей (Жмур, Розанов, Горленко, 1997; Zhmur, Rozanov, Gorlenko, 1997).

В первой из них (McKay et al., 1996) описывались продолговатые вытянутые червеобразные сегментированные ископаемые из марсианского метеорита ALH 84001. Однако сразу многие исследователи обратили внимание на слишком малые размеры объекта (250 нм в длину), что поставило под сомнение биогенную природу этих образований.

Мне удалось в лаборатории у Дэвида Маккея в Хьюстоне видеть весь материал из марсианских образцов, и я могу лишь выразить сожаление, что лучшие и безусловно биогенной природы образцы так и не были опубликованы.

Д. Маккей и его коллеги одновременно исследовали кристаллографические особенности найденного в этих образцах магнетита, показав его специфику (McKay et al., 2000). В это же время были опубликованы статьи (Astafieva, Hoover, Rozanov, 2004; Астафьева, Розанов, Хувер, 2005) по кристаллографическому характеру магнетита из разных образований, где показано, что биогенный магнетит фрамбоидов значительно отличается от абиогенного.

Я не стал бы настаивать на безусловности таких заключений, но они должны быть приняты во внимание, поскольку эта специфика была неоднократно отмечена в земных породах разного возраста, где биогенность фрамбоидов не вызывает сомнений.

Рис. 1. Фрамбоиды в метеоритах Рейнбоу (а) и Тэгишлэйк (б).

Важно, что в ряде углистых хондритов фрамбоиды были обнаружены (рис. 1).

Совершенно иного типа материалы, чем у Маккея, были опубликованы Р. Хувером (NASA) и российскими исследователями (Hoover, 1997; Жмур, Розанов, Горленко, 1997). Более того, один и тот же результат был получен независимо по одному и тому же метеориту (Мурчисон), упавшему в Австралии. Принципиальным было то, что размер обнаруженных объектов был совершенно иным — это фоссилизированные нити диаметром около 3 мкм, что вполне сопоставимо с размерами многих бактерий, в том числе и цианобактерий (рис. 2).

Рис. 2. Псевдоморфозы по бактериальным нитям и чехлам: а, б, в, г — Мурчисон. д — Алленде, е — Ефремовка.

Рис. 3. Домены магнетита в нитях из метеорита Оргей (Tan, VanLandingham, 1967) (и) и современной пурпурной серобактерии Rhodopseudoinonas nililis (Vainstein et al., 1997) (б).

Последовавшие за этим совместные исследования американских и российских ученых показали, что нитчатые и коккоидные формы (псевдоморфозы) встречаются во всех углистых хондритах. В иных же типах метеоритов нет ничего подобного. Результаты этих исследований с подробным описанием объектов и процедуры исследования были многократно опубликованы (Hoover et al., 1998, 2003, 2004; Gerasimenko et al., 1999; Rozanov, Hoover, 2002; Hoover, Rozanov, 2003; и др.).

Совершенно уникальный результат был получен по доменам магнетита в одной из нитей из метеорита Оргей (рис. 3, а). Для сравнения мы приводим вид такого магнетита в современных пурпурных магнетотактических бактериях и метеорита (рис. 3, б).

Были подробно разобраны и возможные трудности и ошибки при интерпретации материала из метеоритов (Герасименко и др., 1999; Бактериальная палеонтология, 2002), поскольку, с одной стороны, мы сталкиваемся с современными засорениями, в том числе прорастаниями метеоритов и в природе, и в музеях, а с другой — установленная в последнее время скорость фоссилизации столь стремительна, что современные контаминанты могут фоссилизироваться очень быстро уже в наши дни.

Крайне важно, что возможность замещения организмов чистым углеродом при сохранении тончайших морфологических структур была показана на примере девонских графитов Ботогола (Восточные Саяны), в которых сохранились не только цианобактерий и грибы, но и фрагменты пресноводных клешей (Жмур и др., 1996; Rozanov et al., 1999) (рис. 4).

Рис. 4. Фрагмент клеща, оснащенного трихободриями. Девон, Ботогольское месторождение графитов (Восточные Саяны).

Если Вы приглядитесь к этим фотографиям, то возможно сможете увидеть на них существ, играющих в прятки с самой Матушкой Природой.

Например, этот сатанинский листохвостый геккон (фото ниже), обитающий в Национальном Парке Andasibe-Mantadia на Мадагаскаре, едва заметен на фоне листвы.

Эти удивительные животные были вынуждены стать мастерами маскировки для того чтобы выжить во враждебной среде. Некоторые из них слишком слабы и вынуждены прятаться, чтобы не стать легкой добычей, другие же наоборот – настоящие хищники, которые в силу своей природной одаренности способны сливаться с окружающей средой, терпеливо выжидая, пока жертва сама не соизволит подойти к ним на достаточно близкое расстояние.

У Меркурия припарковался НЛО?

Гигантский космический объект, размером с небольшую планету, внезапно появился вблизи Меркурия. Что это такое? Астероид, гигантский космический корабль или, как утверждают специалисты из НАСА, ошибка в обработке изображения?
Читать дальше>>

Так, по мнению художника НАСА, выглядит голубая планета Kepler-22b, находящаяся от Земли на расстоянии 600 световых лет

Астрономы обнаружили первую на сегодняшний день голубую планету, находящуюся в обитаемой зоне и обращающуюся вокруг звезды, как две капли воды похожей на наше Солнце. По их словам, если эта планета окажется необитаемой, то такое понятие, как инопланетные формы жизни можно будет навсегда исключить из лексикона землян и признать тот факт, что человек является единственным разумным существом во Вселенной.

В рамках миссии «НАСА Кеплер» (Kepler) было открыто огромное число новых миров, участвующих в гонке за звание инопланетной колыбели жизни. На данный момент, к финишной черте, с большим отрывом от остальных претендентов, подошла не так давно обнаруженная учеными НАСА экзопланета Kepler-22b, которая является «супер-Землей» и находится в самом центре обитаемой зоны.
Читать дальше>>

Гипотеза Хойла и Викрамасинга

Ф. Хойл и Ч. Викрамасинг (Hoyle, Wickrarnasinghe, 1979,1980) около 30 лет назад высказали предположение, что часть межзвездных пылинок может быть одноклеточными организмами: бактериями или фитопланктоном. В работе 1979 г. они основывались на соответствии положения и формы широкой спектральной особенности (покрывающей диапазон длин волн X от 4000 до 5000 А) зависимости от X коэффициента поглощения света межзвездной пылью абсорбционным свойствам пигментов фитопланктона. В статье 1980 г. они показали, что полоса поглощения пыли в области 3 мкм, которая обычно связывается со льдом в оболочках пылинок (см. рис. 5 и табл. 5), обусловлена поглощением света бактериями, находящимися в межзвездной среде, поскольку это дает лучшее совпадение с наблюдаемыми профилями этой полосы. Согласно их работе, до 60 % пылинок могут состоять из бактерий.

Эта гипотеза возродила интерес к возможности панспермии. Но аргументы авторов нельзя считать убедительными ввиду неоднозначности интерпретации широких спектральных деталей (это видно на примере рис. 6). Поэтому гипотеза была встречена большинством специалистов скептически. Однако она не противоречит наблюдениям (по крайней мере, если доля бактерий среди пылинок не так велика). К тому же выяснилось, что одноклеточные организмы очень устойчивы к существующему в космическом пространстве ионизующему излучению. Поэтому исключать из рассмотрения гипотезу Хойла и Викрамасинга не следует.

Внутри молекулярных облаков такие органические «пылинки» (подобно тугоплавким ядрам обычных межзвездных пылинок) могут обрастать ледяными оболочками. Эти оболочки могут играть роль дополнительного экрана, защищающего органическое ядро таких пылинок от излучений, способных повредить находящийся внутри замороженный организм.

Рис. 12. Траектории частиц при оттоке газа от плоскости спиральной галактики в межгалактическую среду («галактический ветер»)(а) и траектории движения газа в «галактических фонтанах» (б), когда газ не имеет достаточной энергии, чтобы покинуть галактику. Горизонтальная черта — галактическая плоскость, ЦГ — галактический центр.

Органические ядра могут пережить эпохи испарения оболочек (нагрев до 100-200 К в областях звездобразования), но, в отличие от тугоплавких ядер пылинок, не способны пережить нагрев до 1000-2000 К. Однако нагрев пылевых частиц до таких температур происходит очень редко.

Движение пылинок

Тела, способные переносить молекулы, такие, как крупные пылинки (> 1 мкм), метеороиды и небольшие ядра комет пока не удается наблюдать. Поэтому пока нет надежной информации об их количестве и движении. В отличие от них межзвездные пылинки размером 0.01-1 мкм) давно и интенсивно изучаются. Пылинки движутся в основном вместе с межзвездным газом. Из-за неоднородности распределения в Галактике наиболее ярких горячих звезд пылинки под действием светового давления могут приобретать скорость до 2-10 км/с относительно газа (Tarafdar, Wickrarnasinghe, 1976), а в некоторых случаях ускоряться (так называемым бетатронным механизмом) до ~30-100 км/с.

В галактиках с бурным звездообразованием пылинки выносятся вместе с газом в межгалактическое пространство (рис. 12). Если они попадают внутрь плотного скопления галактик, то разрушаются горячим межгалактическим газом скопления, если нет — могут через ~1 млрд. лет попасть в другую галактику.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Молекулы существуют в космическом пространстве в широком наборе астрономических объектов. К настоящему времени в газовых средах отождествлено около 150 различных молекул примерно в 250 изотопических вариантах. Самые крупные из найденных молекул содержат 13 атомов. Основная часть молекул содержит атомы углерода, эти молекулы являются простейшими органическими соединениями. Молекулы обнаружены в атмосферах холодных звезд, в атмосферах планет и их спутников, но наибольшее их количество и разнообразие найдено в молекулярных облаках межзвездной среды и в оттекающих оболочках звезд, находящихся на поздних стадиях эволюции. Имеются косвенные указания на существование в межзвездной среде более крупных молекул, содержащих 20-60 атомов, в виде длинных углеродных цепочек, полициклических ароматических углеводородов и, возможно, фуллеренов, но надежных отождествлений таких молекул нет.

Молекулы могут перемещаться в пространстве на значительные расстояния, если они входят в состав пылинок или более крупных тел. Наиболее радикальной является гипотеза Хойла и Викрамасинга, согласно которой некоторые пылинки могут представлять собой одноклеточные организмы. Эта гипотеза не подтверждена, но и не опровергнута ни наблюдениями, ни теоретическими расчетами.

Они состоят из тугоплавких ядер и намерзших на них ледяных оболочек. Время жизни ядер пылинок сравнимо с временем жизни галактик, т. е. они постепенно накапливаются в течение всего времени эволюции Вселенной. Пылинки могут перемещаться внутри галактик из одной области звездообразования в другую, а при достаточной мощности процессов звездообразования в галактике — выноситься галактическим ветром в межгалактическое пространство. Однако если пылинки попадают в горячий газ скопления галактик, они там быстро разрушаются. Если же они выносятся из галактики, не принадлежащей крупному скоплению галактик, то через время ~1 млрд. лет они могут попасть в другую галактику.

Другими «транспортными средствами» для молекул, защищающими их от губительного действия ультрафиолетового излучения, могут служить метеорные, метеоритные тела и ядра комет, астероиды и планеты, некоторые из которых должны блуждать в пространстве между звездами и время от времени проникать в планетные системы. Блуждающими могут быть также отдельные звезды и их группы, выброшенные из галактик в процессе взаимодействия галактик между собой. В этом случае звезды переносятся из одной галактики в другую вместе с окружающими их планетными системами и могут переносить за космологическое время (~10¹⁰ лет) сколь угодно сложные молекулы и другие объекты как биологической, так и иной природы на расстояния вплоть до десятков миллионов световых лет. Наиболее эффективно этот процесс происходит при слиянии (мержинге) галактик.

Не удивлюсь, если в поисках заветной фразы “больничный лист купить недорого” вы изучили все известные Вам сайты, но так и не нашли желаемого. Я советую Вам, не тратя попусту время, посетить clickuk.org, где Вы сможете за умеренную плату заказать: больничный лист, справку в ГАИ, медицинскую книжку и т.п..

ФАКТОРЫ, ОГРАНИЧИВАЮЩИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЕ, СУЩЕСТВОВАНИЕ И ЭВОЛЮЦИЮ ЖИЗНИ НА ПЛАНЕТАХ, ПОДОБНЫХ ЗЕМЛЕ

В марте 2009 г. на орбиту спутника Земли выведен аппарат «Кер1ег» (США), предназначенный для поиска экзопланет, обладающих комфортными для возникновения жизни условиями. «Комфортность» физических условий понимается применительно именно к нашей, амино-нуклеино-кислотной форме жизни. В качестве вероятной среды обитания приняты гипотетические планеты, аналогичные группе Земли. Планеты-гиганты (газо-жидкой природы), если не принимать всерьез некоторые фантастические гипотезы, требованиям земной биосферы не удовлетворяют. Однако таким требованиям могут отвечать спутники планет-гигантов.

В литературе обычно приводятся следующие ограничения: с одной стороны, существование жидкой воды, с другой — конденсация углекислого газа (что в подавляющем большинстве случаев не позволяет развиться парниковому эффекту). С учетом последнего, такая зона охватывает интервал планетных орбит от уровня «саморазгоняющегося» парникового эффекта (для Солнечной системы это случай Венеры), до, примерно, орбиты Марса. Оба ограничения, по существу, температурные. Коагуляция белков происходит при температурах >65 °С; следовательно в комфортных зонах температурный интервал должен быть 273<Т<340 К.

Можно напомнить, что в моих работах (Ксанфомалити, 1995, 2008; Ksanfomality, 2002) были сформулированы наиболее очевидные факторы, ограничивающие возникновение, существование и эволюцию жизни на планетах земного типа. Масса планеты или спутника накладывает дополнительные ограничения при переходе к многоклеточным формам. Это ограничения энергетического характера, зависящие от уровня гравитации. Энергетически выгодны небольшие размеры организмов, так как их энерговооруженность обратно пропорциональна примерно квадрату характерных линейных размеров. С другой стороны, достаточно сложные животные не могут быть маленькими. Но слишком крупные виды вынуждены существовать в эволюционном тупике, образуемом положительной обратной связью энергетика-масса-пища. Ограничения очевидны, и о них природа ясно говорит зоологией: животных, больших, чем синие киты и гигантские рептилии, на Земле не было.

Уровень гравитации планеты должен быть умеренным, а период вращения не слишком длительным; слишком долгая ночь приведет к глубокому падению температуры окружающей среды. По тем же причинам эксцентриситет орбиты должен быть умеренным, а наклон экватора к плоскости орбиты не слишком большим.

Эволюция жизни земного типа требует, чтобы атмосфера планеты обладала способностью отфильтровывать внешнюю жесткую радиацию. Вместе с тем, атмосфера должна пропускать к поверхности фотоны с энергией Е = 1-3 эВ, а плотность лучистой энергии должна быть достаточной, например, для поддержания фотосинтеза. Для поддержания жизни земного типа, планета, наряду с притоком лучистой энергии, должна обладать наличием других (химических) источников энергии, например, окислительной среды и окисляемых материалов.

Если исходить из гипотезы возникновения жизни в водоемах, необходимы открытые водные пространства и наличие континентов или крупных островов. В атмосфере должен присутствовать водяной пар.

Для развития жизни земного типа планета должна обладать достаточно близким и массивным спутником, который вызывает приливы и побуждает морские организмы осваивать сушу.

Планета должна обладать вулканизмом и/или тектоникой плит. В районах активного вулканизма значительно увеличивается концентрация в водных растворах веществ, необходимых для существования жизни.

История планеты должна включать эпохи интенсивного выпадения крупных метеоритов или другие космические катастрофы, которые стимулируют обновление видов и появление среди них наиболее приспособленных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Планета Земля представляет собой уникальное сочетание физических свойств, необходимых для возникновения, существования и эволюции жизни. Возможно ли подобное сочетание на планетных системах других звезд — станет ясным не раньше, чем планеты земной группы будут там реально обнаружены. Перечисленные выше требования образуют странный многомерный лабиринт, причем лишь узкие интервалы многих параметров и их сочетания могут обеспечить условия, необходимые для возникновения амино-нуклеино-кислотной формы жизни и ее эволюции в разумные формы. Анализ условий на других телах Солнечной системы показывает, что Земля действительно обладает свойствами, не повторяющимися ни на одной из других планет земной группы.

Самым действенным двигателем интернет торговли праву считается контекстная реклама, благодаря которой о предлагаемой вашим предприятием продукции узнают тысячи потенциальных покупателей. Более подробно о плюсах и минусах контекстной рекламы Вы сможете узнать, посетив сайт компании AD|LABS-Украина, который находится по адресу adlabs.com.ua.

1.3. Узкие овраги на марсианских склонах

Перемещение больших масс грунта — по-видимому, тонких фракций песка по склону, происходящее в современную эпоху — доказывает и прекрасно иллюстрирует рис. 8, где в нижней части снимка видны размытые валы осыпавшегося материала. Ширина участка на снимке около 3 км. Валы сыпучего материала огибают остатки прежнего рельефа, оставляя обнаженный склон. Такие же осыпи можно видеть и в других районах Марса; они известны со времен миссии «Viking» (1976 г.).

Рис. 7. Термодинамические условия существования льда, пара и воды на Марсе. Кружок в центре соответствует давлению 6.1 мб. Условия существования воды в жидком виде на поверхности Марса отражает небольшая центральная часть диаграммы с горизонтальной штриховкой. Структура диаграммы, соотношение шкал давления/глубины и среднегодовые температуры для широт 30° и 70° по: (Stewart, Nimmo, 2002).

Рис. 8. Осыпи грунта и нитевидные овраги (показаны стрелками) на склоне кратера на Марсе (424°S, 158.2°W). Овраги похожи на следы земных горных рек, но в отличие от земных оврагов, они не расширяются, а сужаются вниз по склону (MGS МОС Release No. МОС2-320, NASA/JPL/MSSS).

Но наряду с осыпями сыпучего материала, на рис. 8 можно видеть не отмечавшиеся прежде (из-за недостаточного разрешения) образования. Это тонкие нитевидные километровые овраги или борозды, спускающиеся по склону (показаны стрелками на рис. 8). Их ширина в узкой части составляет всего десятки и единицы метров. Овраги очень похожи на промоины земных горных рек или ручьев, но в отличие от земных оврагов, они не расширяются, а сужаются вниз по склону. Поэтому они не могли возникнуть под действием камнепада или крупномасштабного селя. Тем более они не могли образоваться под действием пылевых оползней, которые засыпают все овраги. Зато именно жидкие потоки (воды или какой-то другой жидкости) легко могли бы образовать такие промоины. В работах (Maiin, Carr, 1999; Malin, Edgett, 2000) указывается именно на источники грунтовой воды как среды, формирующей овраги, промоины и другие образования такого рода на Марсе. По их данным, узкие овраги или протоки достаточно часто встречаются в полосе широт 30°N-70°S. Они морфологически подобны склоновым руслам земных рек и не перекрываются более поздними образованиями (такими как песчаные дюны). Ширина (и, вероятно, глубина) оврагов близка к 10-20 м, а протяженность составляет от нескольких сотен метров до километров (Malin, Edgett, 2000). Авторы еще одной работы на ту же тему (Palermo et al., 2001) обработали сотни снимков камеры МОС и также получили доказательства современных следов грунтовых вод. Их источники, согласно обеим работам (Malin, Edgett, 2000; Palermo et al., 2001), находятся на крутых склонах долин и кратеров, на глубине 150-500 м под уровнем окружающей поверхности. Но по данным второй работы (Palermo et al., 2001) широта районов, где в основном сосредоточены источники, лежит в пределах от 30°S до 30°N.

Рис. 9. Склон кратера с протоками на Марсе (39°S, I66°W). В правой нижней части снимка бассейн шириной около 600 м (MGS МОС Release No. МОС2-320, NASA/JPL/MSSS)

На рис. 9 представлен другой район с подобными оврагами. Их ширина от единиц метров до 10-20 м. Они также не расширяются, а сужаются вниз по склону. На первый взгляд, это кажется парадоксальным, если овраг образован потоком. Но можно предложить простое объяснение: если грунтовая вода действительно образовала ключ и поток вышел на склон и устремился вниз, то в условиях Марса масштаб развивающейся промоины будет зависеть, прежде всего, от температуры поверхности и температуры потока.

Описываемые Э. Палермо и др. (Palermo et al., 2001) объекты обнаружены, в основном, в полосе широт ± 20-30°. Если температура поверхностного слоя составляет типичные для экваториальной зоны Марса 240-260 К или ниже, поток, спускаясь по склону, должен постепенно впитываться в сухой морозный грунт и замерзать. Образуется ложе канала из промерзшего грунта, по которому поток устремляется дальше, впитываясь, наращивая промерзшее ложе и охлаждаясь. Поэтому, в отличие от земных склоновых рек, потоки на Марсе сужаются, спускаясь по склону. При переходе воды с температурой 0 °С в фазу льда выделяется почти 80 ккал/кг. Теплоемкость грунта близка к 0.2, поэтому промерзшее ложе потока может получиться достаточно толстым, если ключ существует достаточно долго. Как ведет себя грунт Марса при увлажнении и сколько при этом поглощается тепла, точно не известно, но баланс отдаваемого тепла должен включать текущие теплопотери в образующемся ледяном ложе канала и более медленные процессы излучения и отдачи тепла в атмосферу. Температура истекающей воды также неизвестна, но она не может быть высокой, и, как показано выше, энтальпия воды не играет существенной роли.

Часто утверждается, что жидкая вода на поверхности Марса немедленно испаряется. Это недоразумение. Роль испарения пренебрежимо мала и ее нетрудно оценить. Пусть давление р в данном районе составляет 8 мб, а температура кипения Т(р) = 4 °С, согласно рис. 7. При температуре T_L потока, например, 10 °С, истекающая вода должна кипеть, с уменьшением ее энтальпии. Какая-то доля потока будет потеряна при испарении с понижением его температуры до Т_s(р) = 4 °С (или до 0 °С при давлении 6.1 мб) и с прекращением кипения. Поскольку теплота парообразования составляет q = 539 ккал/кг, а теплоемкость с_aq = 1 ккал/(кг °С),

N =[T_L-T_s(p)]c_aq/q_v.

Роль испарения в этом примере сведется к тому, что потерянная часть N составит 1.1 %. Таким образом, сколько-нибудь значительная часть истекающей воды испариться не может.

Рис. 9 представляет склон кратера, богатого склоновыми протоками. В нижней части снимка находится изрезанной формы бассейн. Внешняя граница бассейна выделяется светлой окантовкой. Вероятно, это ледяная кромка. Поверхность бассейна, по сравнению с примыкающей поверхностью, гладкая; возможно, это лед. В верхней (по снимку) части бассейна видны два-три следа, соответствующие многократному понижению уровня поверхности. Сток воды через края бассейна образовал второй, внешний контур (в нижней части снимка). Два таких же, но меньших по размерам контура можно видеть в левой части снимка. Источников жидкой фазы, пополняющих бассейн, на снимке видно несколько. Вероятно, главный источник находится справа над бассейном. Это вытянутое образование с шестью на-правлеными вниз отростками. По-видимому, вода стекает вдоль отростков. Более мелкие структуры того же вида видны слева над бассейном и, вероятно, связаны с наиболее широким протоком вдоль склона. Форма промоин на рис. 9, соответствующая крутому склону, указывает, что поток должен нести с собой значительное количество грунта. Горизонтальная ось снимка около 1500 м. Размер бассейна около 600 и, а площадь около 0.3 км².

Рис. 10. Протяженность следа потока на склоне Марса (см. рис. 9) достигает 6 км. Для земных грунтов потемнение соответствует увлажнению. Предположительно, темный след относится к более позднему источнику (MGS МОС M0807686b. NASA/JPL/MSSS).

Никакие песчаные запруды на Марсе не смогли бы удержать большие массы воды, даже с учетом втрое более низкой силы тяжести на планете. Но если грунт очень холодный, поступающая вода, впитываясь в морозный грунт, могла бы быстро создать чаши изо льда и промерзшего грунта, обладающие определенной прочностью. По существу, это тот же предложенный выше механизм, который объясняет сужение протоков вдоль склона.

Возраст образований на рис. 9 не может быть большим. Вполне вероятно, что комплекс источников и бассейн действуют в наши дни. На это указывает чистая (без отложений пыли), насколько можно судить по снимку, кромка бассейна, примыкающий к нему второй контур и четкие нитевидные протоки на склонах. В ряде случаев наблюдаются следы потоков, уходящие на несколько километров, а также повторно появляющиеся свежие следы, пересекающие прежние истечения (рис. 10). Подобных образований найдено много (Ксанфомалити, 2003). Жидкая вода локально появляется во многих точках планеты, спорадически или даже периодически, хотя в целом бюджет жидкой воды на Марсе весьма ограничен.

1.4. Поиск следов жизни на Марсе: заключение

Итак, длительные поиски обитаемости Марса положительных результатов пока не дали. На какой-то стадии исследований утверждалось, что важным шагом было бы обнаружение на Марсе воды в жидкой фазе. Но и после этого задача осталась столь же далекой от разрешения, а никаких следов жизни найти не удается.

Это следует считать удивительным, так как в последние десятилетия было доказано, что планеты постоянно обмениваются осколочным материалом (Melosh, 1984), образующимся при ударах крупных метеоритов. Результаты поиска следов жизни в марсианских SNC метеоритах широко известны (McKay et al., 1996). Материал с поверхности Земли в эпоху интенсивной метеоритной бомбардировки также выбрасывался в космос в виде вторичных метеоритов и нес в себе элементы земной биосферы. Поэтому метеориты, подобные марсианским SNC, попадали не только с Марса на Землю, но и с Земли на Марс. Если учесть, что присутствие микроорганизмов на земных образцах неизбежно, а на Марсе следы их не находят, уместен вопрос: не обладает ли Земля каким-то исключительным свойством, которое нас окружает, но которого мы не замечаем?

ЭВОЛЮЦИЯ ДРЕВНЕГО МИРА РНК ПУТЕМ «СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОГО ОБОГАЩЕНИЯ» (SELEX)

В 1990 г. одновременно тремя группами ученых в США (Tuerk, Gold, 1990; Ellington, Szostak, 1990; Robertson, Joyce, 1990) была опубликована методология бесклеточной селекции или бесклеточной эволюции в пробирке молекул некодирующих РНК, позволившая быстро получать в лаборатории нужные синтетические функционально активные РНК, специфически взаимодействующие с определенными лигандами (аптамеры) или катализирующие определенные химические реакции (искусственные рибозимы), а также совершенствовать функции таких РНК. Оказалось, что эта методология может указать тот путь, которым, возможно, шла естественная эволюция древнего мира РНК. Суть методологии «эволюции в пробирке» состоит в многократном чередовании стадий селекции и амплификации РНК («Systematic Evolution of Ligands by Exponential enrichment)), SELEX). После того как в лаборатории А.Б. Четверина была экспериментально показана возможность существования, роста и амплификации молекул РНК в форме колоний на влажных твердых средах, можно было предположить, что подобное чередование процессов селекции и амплификации могло иметь место на первобытной Земле (Спирин, 2005). Действительно, важным свойством молекулярных колоний РНК является то, что они не имеют никакой ограничивающей их оболочки, удерживающей молекулы внутри компартмента: молекулы РНК удерживаются вместе только благодаря их локализации на твердой поверхности в отсутствие перемешивания и конвекции, типичных для жидкой среды. Это — временное состояние, и любое затопление должно приводить к растворению колоний и перемешиванию всех РНК в общей луже.

Исходя из вышесказанного, можно предложить следующий сценарий «естественного первобытного SELEX’a». (1) Когда функционально различные молекулы РНК, включая РНК-реплицирующий рибозим, оказываются в одной луже, вся популяция РНК количественно увеличивается, а благодаря реакциям спонтанной трансэстерификации (реакция Четвери-на) и ошибкам репликации увеличивается и разнообразие молекул.

Рис. 7. Сценарий возникновения и эволюции мира РНК (Спирин, 2005).

(2) Когда лужа подсыхает, молекулы РНК оказываются на влажной поверхности глины или другого минерального субстрата, и при наличии в данном месте молекулы РНК-реплицирующего рибозима и нескольких других молекул РНК, обеспечивающих связывание нужных веществ и катализ нужных реакций, образуется и растет смешанная колония РНК; наиболее успешные колонии (т. е. колонии с наиболее активными и лучше всего дополняющими друг друга молекулами РНК) растут быстрее других. (3) Последующее затопление подсушенного водоема или его части растворяет колонии, и в общем водоеме опять начинается общая амплификация, но уже в популяции, обогащенной «хорошими», т.е. активными и функционально дополняющими друг друга молекулами. Таким путем чередующиеся затопления и подсушивания РНК-содержащих водоемов (луж) обеспечивают систематическое обогащение популяции РНК функционально лучшими молекулами («систематическая эволюция путем экспоненциального обогащения»). Именно таким путем и мог развиваться и эволюционировать древний мир РНК. Две ипостаси этого мира РНК сосуществовали на Земле и переходили друг в друга: коммунальные сообщества размножающихся и разнообразящихся индивидуальных молекул РНК, растворенных в водной среде луж, где реализовался принцип «от каждого по способностям, каждому по потребностям», и конкурирующих особей в виде смешанных колоний РНК, временно существующих и растущих на влажных поверхностях. Общая гипотетическая картина существования и эволюции древнего мира РНК дана на рис. 7.

Таким образом, циклы амплификации-селекции вышеописанного типа могли быть основной формой существования эволюционирующего древнего мира РНК на первобытной Земле. Эволюционный процесс должен был быть исключительно быстрым благодаря трем обстоятельствам. Во-первых, непрерывные спонтанные рекомбинации и перестройки молекул РНК, а также низкая точность примитивных механизмов репликации, обеспечивали широчайшее поле вариантов для отбора. Во-вторых, свободный латеральный перенос и обмен молекулами РНК между колониями через воду и атмосферу делал любые полезные инновации достоянием всех и позволял колониям быстро совершенствоваться в течение короткого времени их существования. В-третьих, экспоненциальное обогащение всей популяции «лучшими» молекулами РНК в циклах амплификации-селекции создавало мощный эволюционный двигатель для всего коммунального мира РНК в целом.

В свое время К. Вуз (Woesc, 1998) выдвинул концепцию «Универсального Предшественника» живых существ на Земле. Он предположил, что предшественники современных организмов — «прогеноты» — представляли собой примитивные особи, лишенные полноценной внешней мембраны или любого другого барьера, который бы препятствовал свободному обмену генетического материала между ними. Они характеризовались высоким уровнем мутаций (ошибок репликации) из-за примитивности и несовершенства механизмов репликации генетического материала и интенсивным латеральным обменом генами и продуктами, когда любые продукты и инновации одних становились достоянием всех. Тем самым они существовали как коммуна, и этот коммунальный мир отличался очень высокой скоростью эволюции. Именно этот коммунальный мир «прогенотов», без строго очерченных индивидуальностей, Вуз предложил считать универсальным предшественником всех живых организмов на Земле. В результате эволюционного распада этого единого коммунального мира обособились три главные линии клеточных живых существ — бактерии (эубактерии), археи (архебактерии) и эуакарии (эукариоты), — обладающие одинаковым генетическим кодом — кодом своего универсального предшественника. В настоящее время, в свете всех данных и представлений о мире РНК, представляется возможным передать роль Универсального Предшественника коммунальному сообществу колоний-ансамблей РНК, временно существующих на твердых или гелеобразных поверхностях первобытной Земли, не ограниченных физически никакими мембранами и фазовыми разделами и потому свободно обменивающихся как генетическим материалом, так и продуктами катализируемых реакций, а затем растворяющихся в общей коммуне и заново собирающихся в новых комбинациях молекул. Как уже указывалось выше, такая коммуна должна была очень быстро эволюционировать. Во всяком случае, если мир РНК возник и эволюционировал в клеточные формы жизни на Земле, то весь путь эволюции до индивидуальных организмов с клеточной структурой, ДНК и современным аппаратом белкового синтеза должен был быть пройден менее чем за полмиллиарда лет, — во временной промежуток между возникновением планеты Земля 4.6 млрд. лет назад и появлением на Земле первых клеточных организмов современного типа 3.8-3.9 млрд. лет назад.

Конечно, вполне вероятной альтернативой этому сценарию может быть космическое происхождение жизни на Земле: примитивные клеточные формы жизни — скорее всего бактерии и/или археи — были занесены на Землю из ближнего или далекого космоса, возможно, как раз в период интенсивной метеоритной бомбардировки между 4.6 и 4 млрд. лет назад, а в дальнейшем на Земле происходила лишь их эволюция в высокоразвитые многоклеточные организмы. В последнее время именно эта точка зрения приобретает все больше сторонников, так как само возникновение и существование безбелкового мира РНК на первобытной Земле сталкивается со многими, не разрешимыми пока, проблемами (Спирин, 2007). Тем не менее, это не снимает принципиального вопроса о возникновении клеточной формы жизни из мира РНК, а лишь переносит его на другие космические объекты.

Лучшим подарком для вашей возлюбленной станет lacoste сумка! Однако, существует большая вероятность того, что вместо изысканного кожаного изделия вы преподнесете в подарок подделку и, как результат, получите вместо желанного поцелуя звонкую пощечину. Чтобы исключить всякую вероятность подобного развития событий, я настоятельно советую Вам приобрести сумку Лакост в проверенном временем интернет-магазине ShopTop, который Вы найдете по адресу www.shoptop.su.

СТРАТЕГИИ ХРАНЕНИЯ И ЭКСПРЕССИИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ВИРУСОВ

Уже на сравнительно ранней стадии изучения молекулярной биологии вирусов стало ясно, что эти биологические объекты использую! непредвиденно разнообразные способы хранения и выражения генетической информации. Как уже упоминалось, вирусные геномы -в отличие от клеточных — могут быть представлены различными формами нуклеиновых кислот. Удобную и сейчас общепринятую — классификацию вирусов, принимающую во внимание это фундаментальное разнообразие, предложил Д. Балтимор в 1971 г. (Baltimore, 1971) (рис. 4). Ключевую позицию в этой классификации занимает вирусная информационная или матричная РНК (мРНК), которой Балтимор приписал положительную (+) полярность. Позитивными стали называть и тс цепи геномных нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), у которых полярность соответствует полярности мРНК. Цепочки же РНК или ДНК, которые комплементарны вирусной мРНК, имеют, соответственно, негативную (-) полярность. В итоге, вирусы были разбиты на 6 групп или классов — вирусы с позитивным РНК-геномом, вирусы с негативным РНК-геномом, вирусы с двунитевым РНК-геномом, вирусы с двунитевым ДНК-геномом, вирусы с однонитевым ДНК-геномом (в этом случае полярность цепей не имеет принципиального значения) и ретровирусы, использующие механизм обратной транскрипции (т. е. синтез ДНК на матрице РНК).

Вскоре после публикации классификации Балтимора мы задумались над тем, исчерпывают ли включенные в нее вирусы все возможные способы хранения и выражения генетической информации. На основе достаточно простых молекулярно-биологических постулатов — прежде всего, принципе комплсментарности при синтезе нуклеиновых кислот — была предложена теоретическая система, которая предусматривала возможность существования и некоторых тогда неизвестных классов вирусов (Агол, 1974; Agol, 1974) (рис. 5). Наиболее важными «новичками» были вирусы с ДНК-геномом, цикл репродукции которых должен был включать обратную транскрипцию. Такие предсказанные вирусы действительно вскоре были обнаружены — сейчас их называют ретроидные вирусы или парарстровирусы. К ним относятся такой важный патоген, как вирус гепатита В, а также ряд растительных вирусов, например, вирус мозаики цветной капусты. Вирусы с позитивным РНК-геномом и двунитевым ДНК-геномом были формально разбиты на два класса каждый — в зависимости от того, являются ли промежуточные (образующиеся при репликации) формы геномной нуклеиновой кислоты однонитевыми или двунитевыми. Все эти классы сейчас «заселены».

Рис. 4. Классификация вирусов, предложенная Д. Балтимором (Baltimore, 1971, модифицировано).

Рис. 5. Система вирусов (Агол, 1974, модифицировано). Генетические системы вирусов, изображенных на голубом фоне, были предсказаны, а впоследствии обнаружены.

Таким образом, у вирусов — в отличие от клеточных организмов — реализуются все теоретические возможные способы хранения и выражения генетической информации. Это важнейшее обстоятельство, несомненно, имеет прямое отношение к проблеме происхождения вирусов.

Стафилокок является частой причиной пищеварительных токсикоинфекций. Лучшим средством борьбы с этим микроорганизмом является современное лекарство нортейк , способное в кратчайшие строки справиться с первопричиной инфекционного заболевания. Ознакомиться с подробной инструкцию к этому препарату и при необходимости купить НОРТЕЙК Вы сможете на сайте http://likitoria.com.

ВИРУС — ДО ИЛИ ПОСЛЕ КЛЕТКИ?

©2009 г. В. И. Игол

Институт полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М.П. Чумакова РАМН

и Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Кратко рассмотрена природа вирусов и фундаментальное отличие механизмов их репродукции от клеточного деления. Способы хранения и выражения генетической информации у вирусов значительно богаче, чем у клеток. По современным представлениям, «мир РН К» возник раньше «мира ДН К». В свете этих представлений рассмотрены гипотезы о происхождении вирусов, — как та, по которой сначала появились клетки с РНК-геномом, а затем уже вирусы, так и та, которая постулирует первичное возникновение РНК-содержащих вирусов. И в том, и другом случае предполагается, что ДНК-геномы впервые появились у вирусов и что вирусы сыграли решающую роль в возникновении архей, эубактерий и эукариот.

ВВЕДЕНИЕ

Вирусы — это генетические элементы, существующие в двух формах. Во-первых, пассивная внеклеточная форма — это молекулы ДНК или РНК, обычно заключенные в бслок-содержащую оболочку. Можно сказать, что вирусы — просто некий класс весьма сложных химических соединений. Например, вирус полиомиелита может быть представлен такой формулой – C₃₃₂₆₅₂H₄₉₂₃₈₈N₉₈₂₄₅O₁₃₁₁₉₆P₇₅₀₁S₂₃₄₀ (Wimmer et al., 1993). Другая форма существования вирусов — активная, внутриклеточная и обычно способная к выражению генетической информации. В такой форме вирусы — живые объекты, обладающие наследственностью и способные к эволюции.

Вирусы — наиболее многочисленный класс биологических объектов. По некоторым оценкам, на пашей планете существует около 10³¹ вирусных частиц (Breitbart, Rohwer, 2005). Полагают, что в одних лишь вирусах, обитающих в океанах и морях, содержится ~2х10⁸ тонн углерода, что примерно эквивалентно содержанию этого элемента в 7Х10⁷ голубых китов. Соответственно, если эти вирусы выстроить в цепочку, то ее длина составит ~10⁷ световых лет (-100 диаметров нашей Галактики) (Suttle, 2005, 2007).

Вирусы не только многочисленны, но и чрезвычайно разнообразны. В килограмме морского осадка может находиться порядка миллиона различных вирусных генотипов (Breitbart, Rohwer, 2005). Вирусы могут иметь палочковидную или нитевидную форму, обладать кубической или спиральной симметрией, представлять собой плеоморфные образования и т. д. Некоторое представление о разнообразии форм и размеров вирусов дает рис. 1. Наиболее крупный из известных вирусов — мимивирус — вполне сопоставим по размерам с мельчайшими микроорганизмами, такими, например, как микоплазма.

Рис. 1. Разнообразие форм и размеров вирусов. Масштаб (если не указано иначе) — 100 им.

Вирусный геном может быть представлен как однонитевыми, так и двунитсвыми молекулами РНК или ДНК, причем эти молекулы могут быть линейными или кольцевыми (рис. 2). Как известно, клеточные организмы имеют только двунитевые ДНК-геномы. Количество нуклеотидов в геномах известных РНК-вирусов варьирует от немногим более полутора тысяч до ~32000, а количество генов — от 1 до полутора десятков. В ДНК-геномах вариации более значительны — если минимальное число нуклеотидов в них не сильно отличается от такового у РНК-вирусов, то известный сегодня максимум это ~1.2х10⁶ пар нуклеотидов, а число генов колеблется от 2 до 1200. Размер ДНК и число генов у самых крупных вирусов в несколько раз превышает эти параметры у мельчайших бактерий (например, Buchnera aphidicola), архей (Nanoarchaeon ecpiitans) и эукариот (Guillardia theta).

Рис. 2. Схематическое изображение структуры и формы вирусных геномов.

Рис. 3. Различия между механизмами деления клеток и размножения вирусов.

Если вирусы столь разнообразны, то что же их объединяет и отличает от всех других (клеточных) биологических организмов? Таких фундаментальных признаков два. Первый -это особенности метаболизма: вирусы неспособны синтезировать белок из-за отсутствия трансляционного аппарата, а также аккумулировать химическую энергию в виде АТР и подобных соединений из-за отсутствия дыхания, гликолиза или фотосинтеза (в отличие от вирусов даже мельчайшие паразитические микроорганизмы умеют синтезировать белки и производить АТР). Поэтому вирусы — облигатные паразиты, т. е. их размножение может происходить только в клетке-хозяине. Облигатный паразитизм входил во многие определения вирусов. Сейчас необходимо сделать некоторые уточнения. Так, показана принципиальная возможность репродукция вирусов в бесклеточных экстрактах (Molla et al., 1991). Тем не менее, абсолютная зависимость вирусов от клеточных компонентов и клеточных источников энергии остается непреложным фактом. Показана также возможность лабораторного химического синтеза жизнеспособного вирусного генома (Cello et al., 2002), но размножаться этот геном может опять-таки только либо в живых клетках, либо в бесклеточных экстрактах. Таким образом, фундаментальное различие метаболизма вирусов и клеточных организмов сохраняет силу.

Второй фундаментальный признак — сам способ размножения. Размножение вирусов основано на так называемом дизъюнктивном механизме, при котором вирус-специфические белки и нуклеиновые кислоты накапливаются в виде отдельных пулов, из которых в конечном счете они черпаются для сборки дочерних вирусных частиц или их главного компонента — нуклеопротеидной сердцевины (рис. 3). В противоположность этому, размножение клеток происходит путем деления (чаще всего, но не обязательно — бинарного). На каких-то этапах своей жизненной истории геном некоторых вирусов может включаться в состав клеточной хромосомы. В этом случае вирусный геном существует как интегральный компонент этой хромосомы и подвергается удвоению при клеточном делении. Однако, последующее образование вирусного потомства (т. е. собственно репродукция вируса) всегда происходит по каноническому дизъюнктивному механизму.

Надоело мериться с капризами вашего видавшего виды персонального компьютера? Значит, пришло время обзавестись современным мощным ноутбуком! Не удивлюсь, если вашим первым порывом в желании приобрести персональный компьютер станет вбитый в поисковую строку Яндекса запрос: “Интернет-магазин ноутбуки Харьков ”, ответом на который, к сожалению, будет внушительный список сайтов, ценовая политика которых вызовет шок у любого нормального человека. Я советую Вам не тратить попусту свое время и сразу же перейти на сайт teleman.com.ua, на котором представлен огромный выбор ноутбуков, качество и цена которых приятно Вас удивит.

СТРАТЕГИИ ХРАНЕНИЯ И ЭКСПРЕССИИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ВИРУСОВ >>