10
Календарь конференций
  • 6 – 10 декабря

    Конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Философия в XXI веке: новые стратегии философского поиска», организуемая Советом молодых ученых философского факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

  • 10 декабря

    IV Научная конференция «Актуальные проблемы экранных и интерактивных медиа». Искусственный интеллект и новые возможности экранных искусств и медиаиндустрии

  • 10 декабря

    Международная конференция по общему языкознанию «Наследие трудов Ю.В. Рождественского в XXI веке» — к 95-летию со дня рождения Юрия Владимировича Рождественского (1926-1999)

  • 13 декабря – 13 февраля

    XXIX Московская открытая олимпиада школьников по геологии 2021-2022 года

  • 15 декабря – 15 апреля

    Универсиада «Ломоносов» по направлению подготовки «Химия, физика и механика материалов» Факультета наук о материалах МГУ

  • 15 декабря

    Четвертая международная научно-практическая конференция студентов и аспирантов «СМИ и журналистика: слово молодым»

  • 16 декабря

    Всероссийский уголовно-правовой форум молодых ученых имени М.Н. Гернета

  • 4 – 5 февраля

    Всероссийская научная конференция «Философия перед лицом новых цивилизационных вызовов», приуроченная к 80-летнему юбилею воссоздания философского факультета в структуре Московского университета.

  • 13 декабря – 13 февраля

    XXIX Московская открытая олимпиада школьников по геологии 2021-2022 года

  • 21 – 22 февраля

    XVI Международная научная конференция «Сорокинские чтения» Искусственный интеллект и общественное развитие: новые возможности и преграды

  • 2 апреля

    Ежегодный Фестиваль школьных средств массовой информации на факультете журналистики МГУ

  • 15 декабря – 15 апреля

    Универсиада «Ломоносов» по направлению подготовки «Химия, физика и механика материалов» Факультета наук о материалах МГУ

Все конференции
«Университет без границ»
ЗАПИСАТЬСЯ НА ВАКЦИНАЦИЮ
Филиал МГУ в г. Сарове

Единая поисковая система по зарубежным базам данных
Проект «Вернадский»
Конкурсы на замещение должностей научных и педагогических работников
Программы дополни-
тельного образования
14/02/2012
  • Наука

«Жизнь возникла на суше»

Международному коллективу выпускников МГУ имени М.В.Ломоносова удалось реконструировать геологические условия, в которых возникли первые клетки.

Первые клеточные формы жизни могли возникнуть на суше, в геотермальных прудах, наполненных конденсированным паром, а не в океане, как было принято считать. Это заключение появилось в результате совместного исследования, выполненного выпускниками Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова, работающими в лабораториях России, ФРГ и США. Полученные ими данные опубликованы в докладах Национальной Академии Наук США (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, http://www.pnas.org/) в статье «Возникновение первых клеток на бескислородных геотермальных полях» («Origin of first cells at terrestrial, anoxic geothermal fields»).

Статья находится в открытом доступе на веб-странице журнала.

Чтобы понять условия возникновения первых клеток, участвовавшие в работе биофизик Армен Мулкиджанян, биоинформатик Дарья Диброва (представляющие МГУ имени М.В.Ломоносова и Оснабрюкский университет, ФРГ), геохимик Андрей Бычков (МГУ имени М.В.Ломоносова) и специалисты по сравнительной геномике Михаил Гальперин и Евгений Кунин (Национальный центр биотехнологической информации, Национальные институты здоровья, США) соотнесли результаты биоинформатического анализа самых древних белков с результатами геохимических исследований термальных источников Камчатки.

Современная наука не сомневается, что все клеточные организмы имели общего предка. Это, в частности, подтверждается данными сравнительной геномики, новой области знания, возникшей при активном участии выпускников МГУ Евгения Кунина, Аркадия Мушегяна и Михаила Гальперина и рассматривающей в качестве объекта исследования не отдельные гены, а целые геномы организмов. Сравнение всех расшифрованных геномов, ранее проведенное Евгением Куниным и сотрудниками, показало, что около 60 генов имеются практически у всех клеточных организмов. Эти гены, а также кодируемые ими белки, несомненно, были и у их общего предка; они обеспечивают наиболее древние и важные для клетки функции, химическая основа которых сохранилась неизменной до наших дней.

В данной работе Мулкиджанян с коллегами использовали биоинформатические методы для выяснения того, какие неорганические ионы необходимы для функционирования или поддержания структуры как самим этим повсеместно распрстраненным белкам, так и их предковым формам в самых первых клетках. Оказалось, что для многих из этих древних белков нужен калий. В то же время зависящих от натрия белков в этом списке не оказалось. Многие из этих повсеместно встречающихся белков оказались зависимыми от фосфорных соединений, а также ионов переходных металлов цинка и марганца. Эти данные хорошо согласуются с химическим составом современных клеток: все клетки содержат больше калия, чем натрия. При этом известно, что для клетки важным является не абсолютное количество этих ионов, а именно их соотношение. Клетки также содержат относительно большие количества фосфорных соединений и некоторых переходных металлов. В случае многих клеток концентрации ионов внутри и снаружи разительно отличаются, так что клетками приходится поддерживать постоянное неравновесие с внешним миром с помощью сложных, энергозависимых механизмов, которые, вероятно, были недоступны первым возникшим живым системам.

То, что содержание неорганических ионов в цитоплазме всех клеток примерно одинаково, может отражать «внутреннюю» химию самых первых клеток. Первые клетки, однако, не могли еще иметь сложных, непроницаемых для ионов мембран, поэтому химический состав их цитоплазмы должен был похож на химию их мест обитания.

Проведенный анализ данных по реконструкции химического состава первобытного океана показал, что химический состав океана никогда не мог соответствовать соотношению неорганических элементов в клетках.

Натрия в океане всегда было намного больше чем калия. Пузырьки древней морской воды в скальных породах, возраст которых оценивается в 3.5 миллиарда лет, содержат в 40 раз больше натрия, чем калия, в точности как современная морская вода. Вода древнего океана также никогда не могла содержать ионы цинка в сколь-либо заметных количествах. То есть, в древних океанах не наблюдалось нужного баланса ключевых ионов, чтобы выпестовать живые организмы, основывающие свою биохимию на ферментах и реакциях, требующих состава окружающей среды, сходного с нынешним внутриклеточным.

Более вероятно, что формирование первых клеток происходило на суше, в районах геотермальной активности, где богатые химическими элементами газ и пар вырывались на поверхность недавно образовавшихся континентов. Пар, конденсируясь, заполнял неровности поверхности, образуя лужи и озера, выстланные каталитически активными минералами.

Проведенный химический анализ паровых и газовых конденсатов современных геотермальных полей Камчатки показал, что геотермальный пар содержит намного больше калия, чем натрия, а также большие концентрации фосфата и переходных металлов.

В условиях бескислородной, богатой углекислотой первобытной атмосферы химический состав водоемов, питаемых паровым конденсатом, должен был быть похож на состав неогранических элементов в современных клетках.

В силу этого, бескислородные геотермальные поля, освещенные несущим энергию солнечным светом, могли служить подходящими местами для возникновения первых живых организмов. Предлагаемая схема сходна с идеей Дарвина о происхождения жизни в «маленьком теплом пруду». По мнению авторов данной работы, жизнь возникла на суше, а заселение океана живыми организмами стало возможным только после возникновения сложных клеточных мембран, плохо проницаемых для натрия и других малых ионов.

Данное исследование было выполнено в рамках программ российско-германского и германо-американского научного сотрудничества, которые, соотвественно, финансировались Немецким научно-исследовательским обществом (Deutsche Forschungsgemeinschaft), Немецкой службой академических обменов (den Deutschen Akademischen Austausch Dienst), Российским фондом фундаментальных исследований, Министерством образования РФ и Программой совместных исследований Национальных Институтов Здоровья США (Intramural Research Program of the National Library of Medicine at the National Institutes of Health, US).

Контакт:
Dr. Armen Mulkidjanian, Universität Osnabrück
Fachbereich Physik, Barbarastraße 7, 49076 Osnabrück
Telefon: +49 541 600 2698
E-Mail: amulkid@uni-osnabrueck.de