지난 40 년 동안 David Deamer는 막에 집착했습니다. 구체적으로, 그는 세포를 둘러싸는 지방 봉투 인 세포막에 매료됩니다. 그들은 눈에 띄지 않는 것처럼 보일지 모르지만, 산타 크루즈 캘리포니아 대학교의 생화학자인 Deamer는 이와 같은 막이 생명의 출현을 촉발했다고 확신합니다. 그가 상상했듯이, 그들은 초기 지구의 화학 물질을 상관시켜 최초의 생물학적 분자를 만든 반응의 인큐베이터 역할을했습니다.
.삶의 출현에서 가장 큰 초기 도전 중 하나는 단순하고 일반적인 분자가 더 큰 복잡성을 개발하는 것이 었습니다. 이 과정은, 특히 RNA의 출현에서 최초의 생물학적 분자였던 것으로 오랫동안 이론화되었다. RNA는 중합체 (반복 서브 유닛으로 구성된 화학 사슬)로 초기 지구와 유사한 조건에서 만들기가 매우 어려웠습니다.
Deamer의 팀은 막이이 화학 변성에 대한 누에 고치 역할을 할뿐만 아니라 그 과정을 적극적으로 밀어 넣을 수 있음을 보여주었습니다. 막은 물에 녹지 않고 자발적으로 작은 패키지를 형성 할 수있는 지질, 지방 분자로 구성됩니다. 1980 년대에 Deamer는이 패키지를 만드는 성분이 초기 지구에서 쉽게 구할 수 있었음을 보여주었습니다. 그는 1969 년 호주에서 폭발 한 머치 슨 운석으로부터 막-형성 화합물을 분리했다. 나중에, 지질이 RNA 폴리머를 형성하고 보호 코팅에 둘러싸여 원시 세포를 생성 할 수 있음을 발견했다.
.지난 몇 년 동안 Deamer는 그의 막 최초의 접근 방식을 삶의 방식에 대한 포괄적 인 비전으로 확장했습니다. 그의 모델에 따르면, 초기 지구의 프로토 셀은 다른 구성 요소로 구성되었습니다. 이러한 구성 요소 중 일부는 아마도 보호막을 안정화 시키거나 에너지 공급에 접근함으로써 프로토 세포를 도울 수 있습니다. 어느 시점에서, 하나 이상의 RNA는 복제 능력을 개발했으며, 우리가 저어지기 시작한 삶은 생명을 발전 시켰습니다.
Deamer는 오늘날 아이슬란드와 비슷한 화산 지표가 그의 프로토 셀을위한 친절한 출생지를 만들었을 것이라고 생각합니다. 증기 수소 장전에 흩어져있는 담수 풀은 정기적 인 가열 및 냉각의 대상이 될 것입니다. 이주기는 지질과 RNA의 빌딩 블록을 포함하여 필요한 성분을 집중시킬 수 있었고, 그 빌딩 블록을 생물학적 폴리머로 꿰매는 데 필요한 에너지를 제공했습니다. Deamer는 이제 실험실에서 이러한 조건을 다시 만들려고 노력하고 있습니다. 그의 목표는 RNA 및 DNA 폴리머를 합성하는 것입니다.
Quanta Magazine의 Peter Dasilva
비디오 : David Deamer는 그의 실험실이 초기 지구의 화산에서 발견되는 극한의 조건을 어떻게 모방하는지 설명합니다.
Quanta Magazine 올해 초 텍사스 갤버스턴에서 열린 생명의 기원에 관한 회의에서 Deamer와 대화했습니다. 그 대화의 편집 및 응축 버전이 다음과 같습니다.
Quanta Magazine :인생의 기원을 이해하려는 연구자들의 가장 큰 성과는 무엇입니까? 어떤 질문을 해결해야합니까?
David Deamer :우리는 1950 년대 이래로 진전을 이루었습니다. 우리는 최초의 삶이 적어도 35 억 년 전에 시작되었다는 것을 알아 냈으며, 제 생각에는 원시적 인 삶이 40 억 년 전에 발생했을 것입니다. 우리는 또한 특정 운석에 생명의 기본 구성 요소가 포함되어 있음을 알고 있습니다. 그러나 우리는 여전히 첫 번째 폴리머가 어떻게 결합되었는지 모릅니다.
과학자들은 삶을 정의하는 방법에 대해 동의하지 않습니다. NASA는 작업 정의, 즉 더 많은 것을 만들 수있는 진화 시스템을 제시했습니다. 충분합니까?
인생은 간단한 추상 정의에 저항합니다. 인생을 정의하려고 할 때, 나는 살아 있지 않은 것에 맞지 않는 12 개의 속성을 모았습니다. 그들 중 일부는 간단합니다 :생식, 진화 및 신진 대사.
많은 과학자들은 RNA를 만드는 방법과 같은 삶의 출현에서 개별 단계를 연구합니다. 그러나 당신은 인생이 시스템이라고 주장하며 시스템으로 시작되었습니다. 왜?
DNA는 모든 생명의 중심이지만 생물을 만드는 데 필요한 모든 정보가 있어도 살아남을 수는 없습니다. DNA는 스스로 재생산 할 수 없습니다. 물이 달린 테스트 튜브에 DNA를 넣으면 천천히 다른 조각으로 침입합니다. 그래서 바로, 당신은 단일 분자에 대한 생각의 한계가 살아있는 것으로 보입니다.
우리가 성장이라고 부르는 것을 약간 얻으려면 DNA의 서브 유닛, 효소를 추가하여 DNA를 복제하고 에너지를 추가하여 반응에 힘을 주어야합니다. 이제 우리는 특정 성분이 있으면 스스로를 재현 할 수있는 분자가 있습니다. 그들은 아직 살아 있습니까? 조만간 서브 유닛이 사용되고 재생산이 삐걱 거리는 소리가 나기 때문에 대답은 여전히 아니오입니다. 그렇다면 실제로 살아있는 시스템을 어떻게 얻습니까? 그것이 우리와 다른 사람들이하려는 일입니다. 우리가 생각할 수있는 유일한 방법은 DNA를 막 구획에 넣는 것입니다.
구획이 왜 그렇게 중요한가?
자동차는 동봉하지 않으면 작동하지 않습니다. 조각을 제자리에 유지해야합니다. 생명의 기원을 위해, 당신은 고립 된 시스템 (에너지와 영양소를 놓고 경쟁하는 회사) 없이는 진화를 가질 수 없습니다. 화학자에게 화학 물질을 제공하는 것과 같지만 테스트 튜브는 없습니다. 구획 없이는 화학을 할 수 없습니다. 초기 지구에서 각 막은 인생의 실험이었습니다.
생명이 나타 났을 때 지구는 어떻게 생겼다고 생각하십니까?
하와이 나 아이슬란드, 심지어 화성의 올림푸스 몬스와 유사한 화산 지표가있는 전 세계 바다가있었습니다. 섬의 강수량은 지열 에너지에 의해 끓는 것으로 가열 된 담수 풀을 생산 한 다음 유출로 주변 온도로 냉각했습니다. 현대의 사례에는 내가 러시아의 캄차카에서 방문한 열수 분야, 캘리포니아 주 라센 산에있는 Bumpass Hell은 현장 작업을 수행합니다.
.이 수영장은 왜 평생 생명 이었을까요?
유기 화합물은 수영장에 축적되어 화산 지표에 비가 내리는 강수량으로 씻겨졌습니다. 수영장은 습윤 및 건조 사이클을 통과하여 욕조의 고리와 같은 암석에 농축 된 유기 화합물을 형성했습니다. 그 영화에서 흥미로운 일이 일어날 수 있습니다. 지질은 막-유사 구조로자가 조립 될 수 있고, RNA 또는 다른 폴리머의 서브 유닛은 함께 결합하여 긴 사슬을 생성한다.
.지질이 RNA를 형성하는 데 도움이 될 수 있음을 발견했습니다. 이것은 어떻게 작동합니까?
우리는 긴 사슬을 만들기 위해 RNA의 개별 서브 유닛을 결합하는 방법을 개발했습니다. 우리는 분자 AMP, 아데노신 모노 포스페이트 및 UMP, Uridine Monophospate로 시작합니다. 물에서 서브 유닛은 단순히 용해되어 더 이상 체인을 형성 할 수 없습니다. 지질 층 사이에 AMP 서브 유닛을 가두면 서브 유닛이 정렬된다는 것을 발견했습니다. 건조하면 중합체를 형성합니다. 습식 건조 사이클은 또한 폴리머를 캡슐화하는 지질 방울을 만듭니다.
이제 우리는 열수 분야에서 찾을 수있는 조건에서 실험실에서 해당 프로세스를 재현하려고합니다. 우리는 반 시간의 습식 건조 사이클을 사용하여 수영장 가장자리에서 일어나는 일을 시뮬레이션합니다. 우리는 10 ~ 100 단위 범위의 폴리머를 만들 수 있음을 보여주었습니다.
그리고 당신은 이것이 지구에서 일어난 일이라고 믿습니까?
우리는 실험실에서 볼 수있는 것이 Lassen 산의 Bumpass Hell과 같은 초기 지구와 비슷한 사이트에서 전개 될 수있는 가능성을 테스트하고 있습니다. 내 동료 인 Bruce Damer와 나는 지난 9 월에 거기에 있었고, 푸마 롤에서 나오는 뜨거운 가스가 RNA 폴리머를 만드는 반응을 이끌어 낼 수 있는지 여부를 테스트했습니다. 결과는 매우 예비 적이며 반복해야하지만 폴리머의 증거를 보았습니다.
당신은 물방울을 비유하여 튜브를 테스트했으며 각각의 삶의 실험입니다. 성공적인 실험 자격은 무엇입니까?
아이디어는 각각의 [액적]가 랜덤 폴리머의 혼합물을 둘러싼다는 것입니다. 희귀 프로토 셀은 특정 기능적 특성을 갖는 폴리머 수집을 수용 할 수 있습니다. 예를 들어, 일부 중합체는 세포막을 안정화시켜 수명을 연장 할 수 있습니다. 다른 사람들은 막에 모공을 만들어 영양소가 세포로 들어갈 수 있습니다. 여전히 다른 사람들은 반응을 촉진하여 이러한 영양소를 세포에 필요한 것으로 전환 할 수 있습니다. 이들 RNA 기반 효소를 리보 자임이라고한다. 우리는 우리가 생성하는 랜덤 시퀀스 폴리머의 수조 중에서 기능적 폴리머를 감지 할 수 있는지 확인하고 싶습니다.
이 시스템에서 가장 흥미로운 발견은 무엇입니까?
복제 할 것을 얻는 것은 큰 일이 될 것입니다. 이를 위해서는 중합 반응을 더 빨리 사용하는 리보 자임이 필요합니다. 그러나 우리는 그런 종류의 리보 자임을 찾기 전에 갈 길이 멀다.
일단 과학자들이 실험실에서 삶을 살 수있게되면, 우리는 지구에서 삶이 어떻게 시작되었는지 이해할 것인가?
우리는 아마도 실험실의 삶을 살 수있을 것이지만, 그것이 인생이 시작된 방식이라고 주장 할 수는 없습니다. 우리가 합성하려는 삶은 깨끗한 시약 등이있는 실험실을 기반으로하는 매우 기술적 인 삶이 될 것입니다. 나는 우리가 그 시스템을 외부 환경에 넣고 성장하는 것을 볼 때까지 자체 성장 시스템이 될 때까지 생명의 기원을 부를 수 있다고 확신하지 못합니다.
우리는 인생이 어떻게 시작되었는지 확실하게 알지 못할 것이지만, 초기 지구 나 아마도 화성과 같은 거주하는 행성에서 삶을 시작할 수있는 방법을 이해할 수있을 것 같습니다.
