Komórki mogą reprodukować i przekazywać informację genetyczną z pokolenia na pokolenie, metabolizować materię i energię oraz mogą ewoluować. Jednak wyjaśnienie, jak powstał ten proces, jest jednym z największych problemów nauki. Niejasny pogląd, że życie wyłoniło się spontanicznie z mieszanin cząsteczek w epoce probiotycznej, nie ma żadnego uzasadnienia, nie można go wytłumaczyć, nawet przez przypadek. Najwyraźniej nie da się dotychczas w sposób naturalny wyjaśnić pochodzenia życia. Powstanie życia ze związków nieożywionych to tajemnica, która z każdym dniem zdaje się pogłębiać. Załóżmy jednak, że istnieje substancja, która wydaje się stanowić granicę między związkiem nieożywionym a innym ożywionym. Nieożywiony związek, który ma tendencję do zbliżania się do źródeł energii i otaczania ich. Związek, który nie posiada struktur podobnych do żadnej komórki prokariotycznej czy eukariotycznej. Związek graniczny między żywym a nieożywionym, który nie wykazuje zmian w swojej strukturze i coś, co można uznać za ewolucyjne pomimo upływu miliardów lat. Cząsteczka, której udowodniona stabilność ma 160 milionów lat. Substancja, która zdaje się wyznaczać granicę między materią żywą i nieożywioną, szeroko rozpowszechniona we wszechświecie i we wszystkich żywych istotach; i którego główną cechą jest zdolność do pochłaniania światła widzialnego i niewidzialnego oraz rozpraszania energii pochłoniętej w wyniku dysocjacji cząsteczki wody, takiej jak chlorofil w roślinach. Jeśli chcemy wyjaśnić pochodzenie życia wynikającego z substancji o wyżej wymienionych cechach i innych, możliwe jest, że bardzo poszukiwane wyjaśnienie pochodzenia życia jest bardzo bliskie osiągnięcia. Nazwa danej cząsteczki to melanina.

Słowa kluczowe: komórki, metabolizują materię, melanina, komórka eukariotyczna

Istnieją różne teorie na temat pochodzenia życia na Ziemi. Być może zaczęło się od iskry elektrycznej, która wygenerowała aminokwasy i cukry z atmosfery wypełnionej wodą, metanem, amoniakiem i wodorem, a w ciągu miliona lat mogły powstać większe i bardziej złożone cząsteczki. Inną możliwością jest to, że cząsteczki życia napotkane na glinie dzięki DNA są stosunkowo dobrze zachowane w tych warunkach. A może życie zaczęło się na dnie morza, w kominach głębinowych lub podmorskich kominach hydrotermalnych, które wyrzucają cząsteczki bogate w wodór. Lub pod warstwami lodu, które być może chroniły związki organiczne w wodzie przed promieniami UV. Albo lepiej świat RNA, ponieważ RNA może tworzyć DNA i białka oraz ma funkcję włączania i wyłączania niektórych genów. Naukowcy obliczają jednak, że ewolucja losowo wygenerowanych cząsteczek RNA na tyle, aby osiągnąć nowoczesny poziom wyrafinowania ogromnej złożoności biologicznej dzisiejszej Ziemi, zajęłaby znacznie więcej czasu niż wiek wszechświata. Innymi słowy, trwałoby to wieki. Ponadto syntetyczny RNA, stworzony przy użyciu nowoczesnej technologii, próbując udowodnić koncepcję świata RNA; w niewielkim stopniu przypominają cokolwiek, co ktokolwiek kiedykolwiek wyizolował z żywego systemu. Odkrycie, że wszystkie enzymy biorące udział w translacji kodu genetycznego mają praktycznie identyczne rdzenie, czyli Urzymes (Ur -najwcześniejsze-), sugeruje prostych przodków (peptydy), którzy ewoluowali, dając początek bardziej złożonym formom życia. Jednak główne pytanie po prostu wraca do punktu wyjścia: w jaki sposób te peptydy powstały z tak dokładną zdolnością katalityczną? Inna teoria mówi, że proste cząsteczki oddziałują ze sobą w cyklach reakcji, które ostatecznie ewoluowały. A może życie zostało tu sprowadzone z innego miejsca w kosmosie, co jest teorią znaną jako panspermia. Teoria specjalnego stworzenia zakłada, że ​​życie zostało stworzone przez nadprzyrodzoną moc. Abiogeneza lub autogeneza stwierdza, że ​​życie powstało spontanicznie z rzeczy nieożywionych. Inne odrzucone teorie to wieczność życia i teoria katastrofizmu.

Idea atmosfery redukującej została przetestowana i przypuszczalnie powstały podstawowe związki, ale wczesna atmosfera ziemska zasadniczo różniła się od gazów użytych przez Millera i Ureya1. Gazy redukujące użyte w eksperymencie Millera i Ureya różniły się od CO2 dominującego we wczesnej atmosferze Ziemi, a dwutlenek węgla nie wspiera bogatej gamy ścieżek syntetycznych prowadzących do możliwych monomerów.2 Nawet dzisiaj gazy wulkaniczne nie zawierają metanu ani amoniaku i nie są redukujące, ponieważ płaszcz Ziemi był taki sam w przeszłości, jak obecnie.3 Właściwości chemiczne wnętrza Ziemi były zasadniczo stałe w całej historii Ziemi, co prowadzi do wniosku, że życie mogło powstać w innych środowiskach lub za pomocą innych mechanizmów.4 W odniesieniu do teorii, że życie wyewoluowało z prostych cząsteczek organicznych, np. w pobliżu jakiegoś komina hydrotermalnego, następnie wyjaśnienie, w jaki sposób aminokwasy lub inne kluczowe cząsteczki organiczne łączą się, tworząc polimery (długie łańcuchy), takie jak białka lub RNA, w zadziwiający i nieustanny sposób. Problem polega na tym, że dwa aminokwasy nie łączą się spontanicznie w wodzie. Woda ma tendencję do rozbijania łańcuchów białkowych na aminokwasy lub inne składniki, co bardzo utrudnia produkcję białek lub innych polimerów w całkowicie hipotetycznej pierwotnej zupie. Powyższa teoria została uzupełniona o dodatkową hipotezę dotyczącą protobiontów, definiowanych jako wczesne formy życia, uformowane przez małe kropelki z błonami, które rzekomo są w stanie utrzymać stabilne środowisko wewnętrzne i stale się formować, ostatecznie wyewoluowały na tyle, aby przechowywać informacje, a później mogą się replikować.

Zwolennicy świata RNA sugerują, że gdyby pierwsze samoreplikujące się życie opierało się na RNA; wymagałoby to cząsteczki o długości od 200 do 300 nukleotydów. ⁶ Jednakże kolejności tych nukleotydów nie można wyjaśnić żadnym znanym już prawem chemicznym ani fizycznym. Prawdopodobieństwo, że w cząsteczce RNA przez przypadek znajdzie się 250 nukleotydów, jest niższe od uniwersalnej granicy prawdopodobieństwa (1 do 10 ¹⁵⁰ ). ⁷ Aby ewoluować w kierunku życia opartego na DNA/białkach, które istnieje dzisiaj, świat RNA musiałby ewoluować, przekształcając informacje w białka. Ten proces transkrypcji i translacji wymaga dużego zestawu białek i maszyn molekularnych. Dlatego też nie można wyjaśnić pochodzenia życia w wyniku niekierowanych procesów chemicznych. Życie nie może istnieć, jeśli zarówno informacja genetyczna, jak i mechanizmy transkrypcji/tłumaczenia nie są obecne w tym samym czasie i oba nie mówią tym samym językiem. Cały system musi powstać jako jedna całość, inaczej będzie bezwartościowy. ⁸ Sekwencja nukleotydów nie ma znaczenia bez koncepcyjnego schematu translacji i fizycznych możliwości sprzętowych. ⁹ W przypadku hipotezy Oparina mamy do czynienia z pierwotną zupą lub roztworem, zawierającym wiele niezbędnych pierwiastków i związków, choć nikt nie wie, skąd one pochodzą. Podobno wczesne życie na Ziemi powstało w wyniku szeregu reakcji, w wyniku których proste związki stopniowo stawały się coraz bardziej złożone. Jednak pierwotna zupa Oparina, czyli wodne morze prostych cząsteczek organicznych, z których powstało życie w wyniku niekierowanych reakcji chemicznych, napotyka wiele trudności naukowych. Najnowszym dodatkiem jest pojawienie się życia jako zjawisko nieuniknione, co oznacza, że ​​materia na ogół rozwinie się w układy, które napędzane zewnętrznym źródłem energii i otoczone kąpielą zdrowotną będą coraz bardziej wydajne w rozpraszaniu energii. Ta kąpiel lecznicza prawdopodobnie odnosi się do melaniny.

Kiedy Ziemia powstała około 4,5 miliarda lat temu, była jałową planetą niegościnną dla żywych organizmów ze względu na obecność gorących, szkodliwych gazów, wybuchających wulkanów i padających meteorów. Miliard lat później mamy wodnistą planetę, na której żyją mikroorganizmy. Życie zaczęło się w czterech etapach o coraz większej złożoności: kosmicznym, geologicznym, chemicznym i biologicznym. Życie wyewoluowało w bogatych w składniki odżywcze oceanach i powstało w wyniku tego samego procesu: nieoczekiwanej wewnętrznej właściwości melaniny polegającej na pochłanianiu światła i rozpraszaniu go poprzez dysocjację wody, podobnie jak chlorofil w roślinach. Problem z teoriami na temat pochodzenia życia polega na tym, że nie proponują one żadnego eksperymentu prowadzącego do powstania komórek. Zanim na Ziemi pojawiło się życie, istniały molekuły. Były to jednak cząsteczki utworzone w sposób przypadkowy, daleki od niezwykłego porządku obserwowanego w żywych organizmach. Jak zaczęły się one formować w sposób uporządkowany i konsekwentny; i prędzej czy później zaczęły się replikować, co jest jedną z trwałych tajemnic nauki.

Do tej pory uważano je za źródło życia, nie wspominając nawet o możliwości transmutacji u istot żywych. Jednak od roku 1600 wiadomo, że rośliny zawierają pierwiastki chemiczne, których nie posiada gleba, na której się znajdują. Stąd narodził się pomysł alchemików na temat Kamienia Filozoficznego. Transmutacja to słowo, które zostało zdemonizowane ze względu na alchemików, którzy starali się przekształcić ołów w złoto. I w końcu mieli rację, ale tej transformacji (transmutacji) nie udało się osiągnąć w stosunkowo niedawnych czasach. Sód wydaje się mieć kluczowe znaczenie w łańcuchu pierwiastków chemicznych, gdyż nawet w królestwie warzyw trudno jest znaleźć rośliny o dużej zawartości sodu, z wyjątkiem brokułów zawierających średnio 33 mg na 100 g rośliny. Sód można uznać za budulec pierwiastków chemicznych o największej liczbie protonów, takich jak Mg, P, Cl, K i wapń; w związku z tym jest szeroko stosowana w metabolizmie istot żywych. W przypadku pierwiastków chemicznych powszechnie występujących w organizmach żywych mamy ogólny porządek:

$NA\leftrightarrow MG\leftrightarrow P\leftrightarrow Cl\leftrightarrow K\leftrightarrow CA$

W liczbach protonowych (liczba atomowa lub Z):

$11\leftrightarrow 12\leftrightarrow 15\leftrightarrow 17\leftrightarrow 19\leftrightarrow 20$

Można powiedzieć, że przemieszczanie się protonów między różnymi pierwiastkami chemicznymi jest zdeterminowane przez kilka czynników, ale jednym z najważniejszych jest dostępna energia (z melaniny). W zależności od równowagi obecnych zmiennych fizykochemicznych, tworzenie (transmutacja) niezbędnych do życia pierwiastków chemicznych będzie przebiegać w taki lub inny sposób. Jest możliwe, że z wodoru melanina może dać początek wielu pierwiastkom, głównie tym związanym z życiem, na przykład węgiel to razem 6 wodorów, tlen 8 protonów, co tłumaczyłoby obecność wody (i tlenu) na Ziemi. Dlatego glukoza jest uniwersalnym prekursorem wszelkiej materii organicznej w roślinach i zwierzętach, ze względu na zawarte w niej łańcuchy węglowe i ich precyzyjną kolejność. Po przedostaniu się do organizmu, łańcuchy węglowe są przekształcane na kilka precyzyjnych sposobów, tj. wydłużane, obracane, łączone, dzielone itp. ale zawsze w ten sam sposób i z taką samą dokładnością przez miliony razy i miliony lat. Ale nasze ciało może to zrobić tylko z glukozą i jej pochodnymi, podobnymi i pokrewnymi. Jeśli podamy sam węgiel, na przykład minerał, bez sekwencji glukozy; po prostu nasze ciało nie może go metabolizować.

Atomy lub cząsteczki, które organizm musi uzupełniać każdego dnia, to biomolekuły, które z tego czy innego powodu ulegają degradacji i nie są już użyteczne lub nadają się do recyklingu, nasze ciało pobiera z pożywienia, ale muszą mieć podobną historię do naszej, to znaczy powstały w oparciu o fotosyntezę, chlorofil lub melaninę. Nasz organizm nie jest w stanie metabolizować substancji, które cofnęły się tak daleko w ewolucji. Musi mieć pewien stopień wcześniejszego przetworzenia, tak jak nasz metabolizm. Atomy węgla i łańcuchy cząsteczek glukozy są łatwo przyswajalne, a stamtąd nasz organizm buduje biomolekuły, których potrzebuje do ciągłego zastępowania ich w jednej lub drugiej tkance lub komórce organizmu. Glukoza jest tak samo ważna jak uniwersalny prekursor biomasy, który normalnie nie jest wydalany, a który można znaleźć w analizie moczu, to związki, które pochodzą z niej i / lub jej odpowiednich metabolitów. Coś podobnego możemy wskazać na sód, ponieważ można go uznać za jeden z głównych elementów budulcowych elektrolitów, z powodów wymienionych powyżej. A teraz, gdy rola glukozy została dostrzeżona jako źródło biomasy, ale nie energii, możemy zauważyć rolę wody jako substratu par excellence, aby zakończyć proces przekształcania światła w energię chemiczną poprzez dysocjację, bez szkody dla innych jej funkcji biologicznych, począwszy od bycia uniwersalnym rozpuszczalnikiem. Pochodzenie pierwiastków chemicznych w przestrzeni gwiezdnej można również wyjaśnić melaniną, ponieważ tworzą one duże masy wielkości galaktyk lub większe.10 Tworzenie pierwiastków chemicznych przestało być monopolem gwiazd. Organizmy żywe również mogą to robić, i to najwyraźniej codziennie.

Biologia wkracza w nową erę. Odkrycie, że wodór molekularny jest źródłem energii komórki i że uzyskuje ją poprzez dysocjację cząsteczki wody;11 co implikuje potrzebę głębokiej reorganizacji naszych koncepcji dotyczących metabolizmu komórkowego. Glukoza nie może dostarczyć energii, której wymaga jej własny metabolizm, a jedynie przyczynia się do łańcuchów węglowych, które nasz organizm wykorzystuje do syntezy cząsteczek organicznych, które nas tworzą. Jednak energia wymagana do napędzania i przeprowadzania złożonych reakcji biochemicznych niezbędnych dla wnętrza organizmu i komórek jest uzyskiwana z widzialnego i niewidzialnego światła.12 Melanina przeszła od prostego filtra słonecznego do centralnej cząsteczki życia. Wszelkie zmiany zachodzące wewnątrz komórki lub całego organizmu zależą całkowicie od energii chemicznej, która emanuje z melaniny w postaci wodoru molekularnego i wysokoenergetycznych elektronów. Około 7000 reakcji chemicznych już opisanych w literaturze na temat metabolizmu komórkowego będzie musiało zostać ponownie przemyślanych w oparciu o energię melaniny, a nie glukozy. Cząsteczka glukozy, bez obecności energii melaniny, byłaby cząsteczką obojętną, a nawet więcej, nawet by nie istniała, ponieważ tworzenie glukozy, które jest dokładnym procesem, wymaga cichych, dokładnych energii, takich jak te, które pochodzą z melaniny. Sposób, w jaki melanina dysocjuje i ponownie asocjuje cząsteczkę wody, czyli ciecz-gaz, można przedstawić jako 0 i 1, jak kod binarny, który występuje w naturze. Dlatego możliwe jest, że melanina nie tylko dostarcza energię, ale także informacje.

Mój projekt badawczy był częściowo lub w całości sponsorowany przez (Centrum Badań nad Fotosyntezą Człowieka) pod numerem grantu (101217).

Autor nie zgłasza konfliktu interesów.

1. Miller, Stanley L. Produkcja aminokwasów w możliwych prymitywnych warunkach ziemskich. Nauka . 1953;117(3046):528–529.

2. Deamer, David W. Pierwsze systemy żywe: perspektywa bioenergetyczna. Microbiol Mol Biol Rev . 1997;61(2):239–261.

3. Zahnle Kevin, Schaefer Laura, Fegley Bruce. Najstarsze atmosfery Ziemi. Zimna wiosna Harb Perspektywa Biol . 2010;2(10):a004895.

4. Dantego Canila. Wanadian w perydotytach, płaszczu redoks i środowiskach tektonicznych: od archaiku do współczesności. Listy z zakresu nauk o Ziemi i planetach . 2002;195(1–2):75–90.

5. Granice życia organicznego w układach planetarnych . USA: Wydawnictwo Akademii Narodowej; 2007. 60 s.

6. Szostak JW, Bartel DP, Luisi PL. Syntetyzowanie życia. Natura . 2001;409(6818):387–390.

7. Dembski, William A. Wnioskowanie o projekcie: eliminowanie szans poprzez małe prawdopodobieństwa . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge; 1998.

8. Salisbury, Frank B. Wątpliwości co do współczesnej syntetycznej teorii ewolucji. Amerykański nauczyciel biologii . 1971;33(6):335–338.

9. Trevors JT, Abel DL. Przypadek i konieczność nie wyjaśniają pochodzenia życia. Międzynarodowa Biologia Komórkowa . 2004;28(11):729–739.

10. Bernstein MP, Sandford SA, Allamandola LJ i in. Naświetlanie UV wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych na lodach: produkcja alkoholi, chinonów i eterów. Nauka . 1999;283(5405):1135–1140.

11. Solis Herrera A. W kierunku nowej biologii i fizjologii okulistycznej: nieoczekiwana wewnętrzna właściwość melaniny polegająca na dysocjacji cząsteczki wody. Przedstawiciel MOJ Cell Sci . 2007;4(2):00084.

12. Herrera AS, Del CA Esparza M, Md Ashraf G i in. Co poza mitochondriami byłoby źródłem energii komórki? Agenci CNS i Med Chem . 2015;15(1):32–41.

Arturo Solis Herrera 

Centrum badawcze ludzkiej fotosyntezy®, Meksyk

Korespondencja: Arturo Solis Herrera, dyrektor, Centrum Badań nad Fotosyntezą Człowieka, Meksyk, Tel +524499160048

Otrzymano: 1 grudnia 2017 r. | Opublikowano: 10 stycznia 2018 r

Cytat: Herrera AS. Pochodzenie życia według melaniny. MOJ Cell Sci Rep. 2018;5(1):5-7. DOI: 10.15406/mojcsr.2018.05.00105

ściągnij PDF