Ключевой вопрос: почему жизнь такая, какая она есть?
Книга Ника Лейна «Ключевой вопрос» исследует, почему вся жизнь на Земле основана на одних и тех же фундаментальных принципах. Главный тезис: любая достаточно развитая хемиосмотическая геохимия неотличима от жизни.
Хемиосмосис как основа жизни
- Процесс: Хемиосмосис — это движение ионов (протонов) по электрохимическому градиенту через избирательно проницаемую мембрану.
- Происхождение: Этот процесс лежал в основе зарождения жизни в щелочных гидротермальных источниках.
- Следствие: Энергетика на основе протонных градиентов объясняет, почему одна бактерия смогла стать эндосимбионтом внутри другой, дав начало эукариотам.
Великий парадокс биологии
Ограничения, накладываемые хемиосмотическим сопряжением, создали пропасть между:
- Прокариотами (бактерии и археи) с «протекающими» мембранами (необходимыми для биоэнергетики) и отсутствием морфологической сложности.
- Эукариотами, обладающими уникальными чертами: половым размножением, двумя полами, старением.
Энергетическое преимущество эукариот
- Расчёт: В среднем на один ген эукариот имеет в 1200 раз больше доступной энергии, чем прокариот (в отдельных случаях — до 200 000 раз).
- «Число Лейна»: Энергия на ген — это масштабно-инвариантный дескриптор, подобный числу Рейнольдса в аэродинамике.
Происхождение ядра и генома эукариот
Ядро эукариотической клетки, по мнению Лейна, эволюционировало после приобретения митохондрий.
- Гены и интроны: Эндосимбионт (предок митохондрий) передал хозяину (архейной природы) новые гены и множество интронов.
- Проблема сплайсинга: Для удаления этих интронов медленной сплайсосомной машинерии потребовалось время.
- Решение: Ядерная оболочка сформировалась как «забор», чтобы отгородить транскрибируемую РНК от рибосом, пока интроны не будут вырезаны.
Митoхондрии, пол и болезни
- Митoнуклеарная коадаптация: Критически важна
слаженная работа белковых субъединиц дыхательной цепи, кодируемых
ядерным и митохондриальным геномами.
- Квантовое туннелирование: При расстоянии между центрами более 14 ангстрем туннелирование электронов становится маловероятным. Увеличение расстояния на 1 ангстрем снижает скорость переноса электрона примерно в 10 раз.
- Определение пола: Роль митохондрий в определении пола может быть важнее, чем считалось. Идеи Урсулы Миттвох указывают, что пол может определяться температурой/энергией, а Y-хромосома — лишь «хранилище генетических ключей».
- Болезни и старение: Митохондрии — ключевые игроки в метаболических заболеваниях, раке, старении и смерти.
Универсальные условия для жизни
Планета с горными породами, водой и CO2 имеет почти полный «список покупок» для жизни. В диапазоне 25–125°C образование биомассы из H2 и CO2 экзергонично. Главное — преодолеть кинетический барьер, чтобы получить формальдегид или метанол, а не метан.
Заключение
Цитируя биофизика Альберта Сент-Дьёрди, Лейн предлагает простой ответ на загадку жизни: «Жизнь — это всего лишь электрон, ищущий место, где можно отдохнуть».