Считается, что судьбоносное столкновение случилось 4,56 млрд лет назад. Но Ричард Карлсон (Richard Carlson) из Института Карнеги (США), который проанализировал все доступные лунные породы, думает иначе. Ему кажется, что возраст Селены колеблется между 4,40 и 4,45 млрд лет.

По одной из теорий, чтобы Луна получилась именно такой, какой мы её видим, столкнувшаяся с Землёй планета должна была быть в несколько раз тяжелее Марса. (Здесь и ниже иллюстрации NASA / JPL-Caltech.) Какая разница, спросите вы? 110–160 млн лет на фоне миллиардолетней истории тел такого рода и впрямь не так уж много...

Образование Луны...Но разница есть, и она существенна. Предположительно, слои Земли через более чем сотню миллионов лет после её возникновения уже были дифференцированы. Была и атмосфера, и удар загадочной планеты, которой пока условно присвоено имя Тейя, неизбежно обязан был сорвать в космос значительную её часть. Как получилось, что после этого она всё ещё сохраняла весьма значительную плотность? Загадка. 

 Новая датировка Луны как самостоятельного небесного тела тоже не отличается пока полной ясностью. Хотя анализ лунного материала показал, что нет ни одного образца, вещество которого претерпело бы плавление до 4,36 млрд лет назад, само их количество и репрезентативность не впечатляют: мы слишком мало сделали для изучения Луны «на месте».

Кроме того, в ряде районов Земли были найдены следы большого геологического события, сопровождавшегося плавлением скальных пород в значительных масштабах. Событие это, по всей видимости, произошло около 4,45 млрд лет тому назад, а потому вполне может быть следом столкновения с Тейей:

Если выводы г-на Карлсона верны, то наша планета — поистине образец стойкости: удар, по силе превышающий всё, что терзало Землю в последующие миллиарды лет, не только не разрушил её (что, вообще говоря, не просто), но даже не лишил атмосферы и воды, без которых планета не могла бы дать развиться тому миру, в коем мы проживаем.

Исследование представлено 23 сентября 2013 года на встрече Королевского общества в Лондоне (Великобритания), посвящённой происхождению Луны.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Ещё Карл Саган говорил, что в пору предполагаемого зарождения жизни на Земле 3,5 млрд лет назад светимость Солнца, согласно всем расчётам, должна была составлять 70% от нынешней. Однако обычные климатические модели при 30-процентном снижении инсоляции планеты дружно показывают вечное глобальное оледенение, что не очень подходит для образования жизни. Собственно, к этому и сводится весь парадокс слабого молодого Солнца: если тогда на планете было тепло, то почему сейчас мы не умираем от жары, и если сейчас мы вполне живы, то почему наши предки археи не замёрзли 3,5 млрд лет назад?

Поздний архей, 2,8 млрд лет назад. Даже в самом худшем случае, уверяют нас исследователи, значительная часть океанов должна была остаться свободной ото льда. Правда, геологических данных даже о частичных оледенениях планеты в те времена у нас нет, так что в принципе климат был не таким уж суровым. (Иллюстрация Charlie Meeks.)Эрик Вольф (Eric Wolf) и его коллеги по Колорадскому университету в Боулдере(США) попробовали ответить на этот вопрос с использованием 3D-модели изменений климата Земли 2,8 млрд лет назад. От обычной одномерной, самой простой для расчётов она отличается тем, что не рассматривает систему «инсоляция — атмосфера — поверхность» как некую практически одномерную цепочку-колонну от нашего светила к поверхности Земли, а учитывает эту систему в трёх измерениях, добавляя в уравнения перемешивание атмосферных слоёв, горизонтальный перенос воздушных масс, разное альбедо для океанской поверхности, суши и морского льда полярных шапок, а также образование облаков, тоже существенно меняющее альбедо планеты. Модель, названная Community Atmospheric Model v. 3.0, само собой, оказалась очень сложной в обсчёте и потому потребовала длительных вычислений на суперкомпьютере «Янус».

В итоге получилось, что простейшее решение, при котором климат выходит таким же мягким, как на сегодняшней Земле, требует присутствия в атмосфере 2% углекислого газа и 0,1% метана — в двадцать раз превосходящего первый газ по вкладу в парниковый эффект на единицу объёма.

Второй вариант, при котором метан в атмосфере считается равным нулю, требует наличия там 1,5–2% углекислого газа. Правда, он даёт существенно более холодный климат, чем сегодня, не исключающий тем не менее существования жидкой воды на поверхности.

«Даже если половина земной поверхности находилась ниже точки замерзания в архее, а другая половина — выше, по крайней мере половина океанов оставались бы отрытыми, то есть речь шла бы об обитаемом мире, — поясняет Эрик Вольф. — Большинство учёных не рассматривало вариант, когда климат в архее мог быть средним между современным и тем, что непригоден к жизни».

Позвольте, скажете вы, разумеется, они не рассматривали такой вариант, ведь вычисления г-на Вольфа относятся ко времени 2,8 млрд лет назад, то есть натурально к неоархею! А научного консенсуса о существовании оледенений в архее нет вовсе, и первым вполне достоверным считается гуронское, случившееся в следующую за археем геологическую эру — протерозой, через сотни миллионов лет после точки, которую моделировали авторы рассматриваемой работы. Иными словами, исходя из имеющихся данных, 2,8 млрд лет назад климат Земли не соответствовал в полной мере ни первому сценарию, обсчитанному ими, ни тем более второму — более прохладному, ибо и в плейстоценовом мире периодически случаются оледенения, в то время как 2,8 млрд лет назад их не было, что в теории должно соответствовать более мягким и стабильным погодам.

Как бы то ни было, эти выводы весьма интересны. Предложенная модель позволяет рассматривать архей как период, требующий сравнительно небольших количеств парниковых газов для поддержания жизни. Да, 2% СO₂ могут показаться жутковатыми на фоне нынешних 0,4%, но по сути это не слишком большие отклонения — человек вполне может дышать таким воздухом. Важно и то, что эти данные не противоречат сравнительно скромным следам названного газа в древних породах той поры.

Другое дело, что до окончательного решения парадокса слабого молодого Солнца аналогичные выводы нужно получить и для периода более древнего, чем 2,8 млрд лет назад, да и сам факт существования метана в таких концентрациях не бесспорен. В архее, предположительно, не было озонового слоя (мало кислорода), а значит, ультрафиолет разрушал метан в атмосфере с высокой интенсивностью, так что гарантировать его наличие там в объёмах, потребных для мощного парникового эффекта, нельзя.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Astrobiology.

Источник: КОМПЬЛЕНТА

Самой известной и, пожалуй, самой популярной теорией происхождения митохондрий и хлоропластов является теория эндосимбиоза (или симбиогенеза). По ней, хлоропласты и митохондрии прежде были самостоятельными прокариотическими организмами (какими-нибудь древними бактериями или цианобактериям), которыми питались далёкие предки эукариот. В какой-то момент поедание бактерий сменилось симбиотическими отношениями: жертвы стали жить внутри охотника, обеспечивая его энергией, и в итоге превратились в знакомые всем хлоропласты и митохондрии. 

В общих чертах тут всё более-менее понятно, но что при этом происходило на клеточном уровне? Какими, например, характерными особенностями обладали клетки древнейших эукариот, которые первыми начали налаживать симбиотические отношения с поглощёнными бактериями? Почему вообще получилось так, что бактерии перестали расщепляться пищеварительными ферментами и оставались плавать в теле хозяина целыми и невредимыми? На эти и на многие другие вопросы ответов пока нет, хотя учёные интенсивно их ищут. Главная проблема, разумеется, в том, что все гипотезы и теории приходится строить на современном материале, на изучении нынешних простейших, так как ископаемых останков с тех далёких времён почти нет.

Но как можно узнать, что происходило миллионы и миллиарды лет назад, наблюдая за современным одноклеточными? Считается, что какие-то особенности структуры, какие-то особенности поведения нынешних простейших отчасти повторяют то, как вели себя их древнейшие предки. И здесь нужно добавить, что эндосимбиоз — по крайней мере тот, который привёл к появлению хлоропластов, — возникал в истории жизни несколько раз. Сначала были так называемые первичные эндосимбионты: древнейшие эукариоты, которые первыми поняли, что фотосинтезирующие цианобактерии можно использовать, так сказать, живьём. Из таких первичных эндосимбионтов впоследствии появились растения, зелёные и красные водоросли, а также своеобразная группа водорослей, называемых глаукофитами, чьи фотосинтезирующие органеллы чрезвычайно напоминают цианобактерии. 

Роль фагоцитоза древних эукариот в происхождении хлоропластов. (Рисунок авторов работы.) Но были и такие организмы, которые использовали для эндосимбиоза не сами бактерии, а первичных эндосимбионтов. То есть другие древнейшие эукариоты поглощали других эукариот, у которых уже были приручённые фотосинтезирующие цианобактерии. Из таких вторичных и третичных эндосимбионтов получились криптофитовые, гаптофитовые и гетероконтофитовые водоросли, а также эвгленоидеи. У потомков вторичных эндосимбионтов мембрана хлоропластов состоит не из двух, а из трёх слоёв. Считается, что самая внутренняя мембрана досталась хлоропластам от бактерии, а вторая, внешняя — от древнего эукариота, который, поглощая бактерию, заворачивал её в свою мембрану. В случае с трёхмембранными хлоропластами третья (самая внешняя) мембрана, как считается, досталась хлоропластам от нового хозяина, который заворачивал в свою мембрану другого эукариота с фотосинтезирующими элементами внутри. 

Однако в любом случае один из ключевых этапов — поглощение одного одноклеточного другим. Исследователи из Университета Далхаузи (Канада) и Американского музея естественной истории (США) утверждают, что древние эукариоты, которые впервые использовали хлоропластный симбиоз, поглощали бактерии не любой частью клетки, как амёбы, а с помощью специализированных структур. Учёные наблюдали за Cymbomonas, относящейся к одним из наиболее простых и древних зелёных водорослей. Хотя, как и все зелёные водоросли, Cymbomonas произошла от первичных эндосимбионтов, при этом, как оказалось, у неё сохранилась способность питаться бактериями. 

В статье, опубликованной в Current Biology, исследователи описывают пищеварительный аппарат водоросли Cymbomonas. Пища попадает в клетку через специальное отверстие, после чего по пищеводообразному каналу движется к постоянной пищеварительной вакуоли, аналогу желудка, причём пищевод может сокращаться, помогая пище продвинуться к «желудку». 

Такой способ поглощения не похож на то, что мы наблюдаем у других простейших, вроде амёб или инфузорий. Авторы работы полагают, что он достался Cymbomonas от предков, которые с его помощью приобрели первые хлоропласты. Сейчас бактерии, пойманные Cymbomonas, перевариваются в пищеварительной вакуоли, однако весь процесс поглощения пищи может быть моделью для изучения того, как бактерии в один прекрасный день избежали расщепления в вакуоли и превратились в домашних фотосинтетиков. 

В данном случае трудно сказать, что именно благодаря такому пищеварительному аппарату стало возможным «приручение» бактерий — тут могли сыграть свою роль и другие особенности физиологии древних эукариот. Но если именно такая схема поглощения пищи осуществлялась в каждом случае появления эндосимбиоза, это наводит на мысль, что это неспроста, что, очевидно, именно такой путь бактерии в клетку давал ей шанс уцелеть и развить симбиотические отношения.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Анализ образцов горных пород из различных уголков Земли — от Австралии и Зимбабве до Западной Виргинии (США) — позволил предположить, что поздняя тяжёлая бомбардировка, имевшая место 4,1–3,8 млрд лет назад, сыграла ключевую роль в обеспечении будущей земной жизни необходимыми исходными материалами. Тогда на Землю обрушились десятки тысяч массивных тел, оставивших после себя множество кратеров.

Ранняя Земля была небезопасным местом: метеоритные удары сыпались на планету многократно чаще, чем сегодня. Но не исключено, что именно этот ужас и породил нас с вами. (Здесь и ниже иллюстрации NASA, M.Pasek et al.) По мнению исследовательской группы, возглавляемой геологом Мэттью Пасеком (Matthew Pasek) из Университета Южной Флориды (США), среди этих тел было множество метеоритов, которые принесли на Землю фосфор, столь необходимый для живых существ земного типа. Для справки: фосфор часто встречается в метеоритном минерале шрейберзите.

Породы старше 3,5 млрд показывают следы фосфитов, в то время как более поздние — в основном фосфатов. Сегодня основная часть фосфора на Земле содержится в фосфатах, относительно малорастворимых и не слишком активных в химическом отношении соединениях. Современная теория прохождения жизни на Земле предполагает, что она базировалась не на ДНК-, а на РНК-организмах. Однако долгое время было неясно, как именно эти относительно простые РНК-организмы могли заполучить в свой состав фосфор без сложных механизмов по его добыче из фосфатов.

По предположению группы г-на Пасека, метеоритные фосфиды при взаимодействии с водой, которой уже тогда, считают исследователи, была покрыта бóльшая часть Земли, образовывали фосфиты — ту форму соединений фосфора, которую нарождающимся РНК-организмам было легко усвоить. Как считает Мэттью Пасек, именно поэтому сегодня мы не наблюдаем возникновения «новых форм жизни» — для этого нет условий в виде доступного фосфора.

Правда, такой подход отдаёт, как сказали бы в советское время, некоторым механицизмом: многие биологи придерживаются иных, более сложных представлений о причинах невозможности формирования «новых форм жизни» в наше время.

Свои выводы о недоступности фосфора в легко усваиваемом виде для эпох после поздней тяжёлой бомбардировки учёные основывают на том, что только в образцах старше 3,5 млрд лет им удалось встретить фосфиты в значительных количествах, в то время как в более поздних необходимый для возникновения жизни элемент был представлен в основном фосфатами.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (доступен полный текст).

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

   Раннюю жизнь на Земле от ультрафиолетовых лучей защищал метан.                                

Раннюю жизнь на Земле от ультрафиолетовых лучей защищал метан Наша планета в юности была вовсе не голубой, как сейчас. Из космоса она, очевидно, была очень похожа на нынешний Титан, второй по размерам спутник нашей Солнечной системы и крупнейший спутник Сатурна. Землю окутывала плотная дымка красноватого оттенка, через которую было трудно что-либо разглядеть; а океан благодаря растворенному в воде железу был зеленого цвета.

Именно такой, пишет журнал Science, была Земля в своей юности. Согласно результатам нового исследования ученых университета Колорадо, несколько миллиардов лет назад ее окружала густая дымка. Эта дымка, как щит, защищала ранние формы жизни от губительного воздействия ультрафиолетового излучения.

Дымка в основном состояла из соединений метана и азота, образовавшихся в результате реакции этих газов со светом. Этот щит не только защищал Землю от ультрафиолета, но и позволял скапливаться таким газам, как аммиак. Это способствовало возникновению парникового эффекта и, возможно, уберегло планету от полного замерзания.

Углеводородные аэрозоли, главный компонент дымки, блокировали ультрафиолетовые лучи, но пропускали к Земле видимый свет.

До этого исследования наиболее распространенной считалась теория, согласно которой атмосфера нашей планеты примерно 3 млрд лет назад состояла из азота с небольшими вкраплениями двуокиси углерода, метана, водорода и водяных паров.

Климатические модели утверждают, что одной двуокиси углерода в атмосфере юной Земли было слишком мало для того, чтобы ее согреть, поэтому в ней должны были присутствовать и другие парниковые газы. Главным и наиболее логичным кандидатом является метан, который могли производить ранние формы жизни.

Считается, что в архейский эон (3,8--2,6 млрд лет назад) на Землю попадало на 20--30% меньше солнечной энергии, чем сейчас. С другой стороны, имеются как геологические, так и биологические свидетельства того, что температура поверхности планеты в те давние времена была такой же высокой или даже еще выше, чем сейчас.

Колорадские ученые воспользовались компьютерами Национального центра атмосферных исследований США для моделирования возникновения дымки над Титаном. Титан, на котором не так давно обнаружили возможность существования примитивных форм жизни, попал под пристальное внимание астрономов в 2004 году, когда к Сатурну подлетела космическая обсерватория «Кассини». Благодаря собранной ею информации стало ясно, что Титан является единственным спутником в нашей Солнечной системе, который обладает и плотной атмосферой, и жидкостью на поверхности.

Ученые из университета Колорадо пришли к выводу, что дымка Земли миллиарды лет назад была похожа на плотную атмосферу современного Титана.

В архее в атмосфере Земли озонового слоя, защищающего на ней все живое, еще не было. Ученые из Колорадо полагают, что в архейском эоне в атмосфере Земли ежегодно появлялось приблизительно 100 млн тонн дымки. Ключевым компонентом этой системы был метан, который не только защищал Землю от ультрафиолета, но и защищал находившиеся под ним атмосферные газы, включая такой сильный парниковый газ, как аммиак. Это и помогло нашей планете не замерзнуть.

Сейчас перед учеными стоит задача -- выяснить, откуда метан появился в таких количествах. Если его не производили ранние формы жизни, то он мог появиться вследствие извержений вулканов.

Новое исследование ученых университета Колорадо, очевидно, вновь вызовет интерес к сенсационному эксперименту Стэнли Миллера и Гарольда Урея почти 60-летней давности, которые соединили в пробирке метан с аммиаком, азотом и водой, пропустили через раствор ток, имитируя действие молнии или сильной ультрафиолетовой радиации, и получили маленькую лужицу аминокислот -- кирпичиков жизни.

Теория о том, что Земля в первые годы своего существования была накрыта газообразным облаком из метана и аммиака, родилась в 60-е годы прошлого века, но со временем была отвергнута. В 70--80 годы считалось, что атмосфера юной планеты напоминала атмосферу Марса и Венеры с их высоким уровнем СО₂. Однако и эта теория оказалась несостоятельной. Так как богатая двуокисью углерода атмосфера с большим трудом производила органические молекулы, ученые в попытках объяснения жизни начали исследовать подводные вулканические впадины и астероиды.

Источник: ВРЕМЯ НОВОСТЕЙ

Более миллиарда лет прошло от появления одноклеточных до "изобретения" ядра клетки и рождения ряда других новшеств. Только тогда открылась дорога к первым многоклеточным существам, давшим начало трём царствам животных, растений и грибов. Европейские учёные выдвинули новое объяснение этого преображения, идущее вразрез с существовавшими до сих пор представлениями.

Эукариоты сумели завоевать мир в первую очередь потому, что придумали митохондрии – специализированные энергетические узлы клетки (на этой модели они показаны розовым) (фото Donald Bliss, Sriram Subramaniam, National Library of Medicine, NIH) Прокариоты (доядерные одноклеточные) родились приблизительно 3,8 миллиарда лет назад. Более продвинутые по строению организмы — эукариоты (их клетки содержат ядро) — возникли более двух миллиардов лет назад. И от них порядка одного миллиарда лет назад уже стартовала эволюция многоклеточных существ.

Длина митохондрий колеблется примерно от 1 до 70 микрометров, а диаметр – от 0,5 до 10 мкм (иллюстрация Odra Noel)Теперь два таких создания – Ник Лейн (Nick Lane) из университетского колледжа Лондона (UCL) и Уильям Мартин (William Martin) из института ботаники университета Дюссельдорфа – разработали оригинальную теорию. По ней выходит, что ключом к появлению эукариот стало не изобретение ядра (как рассуждали учёные 70 лет), а возникновение митохондрий.

Принято считать, что сначала от прокариот родились более совершенные ядерные клетки, полагавшиеся на старые энергетические механизмы, а уже позже новобранцы обзавелись митохондриями. Последним отводилась важная роль в дальнейшей эволюции эукариот, но не роль краеугольного камня, лежащего в самой её основе.

"Мы показали, что первый вариант не сработает. Для развития сложности клетки ей необходимы митохондрии", — поясняет Мартин. "Наша гипотеза опровергает традиционную точку зрения, будто переход к эукариотическим клеткам требовал только лишь надлежащих мутаций", — вторит ему Лейн.

По теории симбиогенеза, митохондрии (так же как и пластиды) первоначально были отдельными одноклеточными организмами. Их захватили другие клетки, превратив в эндосимбионтов. Постепенно "квартиранты" утратили способность к самостоятельному существованию и превратились в органоиды.

Уильям и Ник говорят, что этот удачный шаг случился лишь один раз за всю историю эволюции. Вместо того чтобы стать паразитом и эксплуатировать клетку-хозяина, убивая её, предок митохондрии и приютившая его клетка пошли на сотрудничество.

Число митохондрий (показаны красным) в одной клетке варьируется от единственного экземпляра (в основном в одноклеточных эукариотах) до двух тысяч (например, в клетках печени человека) (иллюстрация Odra Noel)Появление митохондрий в плане энергетики можно сравнить с изобретением ракеты после телеги, ведь ядерные клетки в среднем в тысячу раз больше по объёму, чем клетки без ядра.

Последние, казалось бы, тоже могут расти в размерах и сложности устройства (тут есть единичные яркие примеры). Но на этом пути крохотных существ ждёт подвох: по мере геометрического роста быстро падает отношение площади поверхности к объёму.

Между тем простые клетки генерируют энергию при помощи покрывающей их мембраны. Так что в крупной прокариотической клетке может быть полным-полно места для новых генов, но ей просто не хватит энергии для синтеза белков по этим "инструкциям".

Простое увеличение складок внешней мембраны положение не особо спасает (хотя и такие клетки известны). С данным способом наращивания мощности увеличивается и число ошибок в работе энергетической системы. В клетке накапливаются нежелательные молекулы, способные её погубить.

Митохондрии — блестящее изобретение природы. Увеличивая их количество, можно наращивать энергетические возможности клетки без роста её внешней поверхности. При этом каждая митохондрия обладает ещё и встроенными механизмами контроля и ремонта.

Сравнение энергетики разных клеток и их схемы. a) – средний прокариот (Escherichia), b) – очень крупный прокариот (Thiomargarita) и (c) средний эукариот (Euglena). На диаграммах показаны (сверху вниз): мощность (ватты) на грамм клетки (d), мощность (фемтоватты) на один ген (e) и мощность (пиковатты) на гаплоидный геном (f) (иллюстрации Nick Lane, William Martin/Nature)Авторы работы посчитали, что средняя эукариотическая клетка теоретически может нести в 200 тысяч раз больше генов, чем средняя бактерия. Эукариот можно представить как библиотеку с большим числом полок — заполняй книгами вволю. Ну а более протяжённый геном — это основа для дальнейшего совершенствования строения клетки и её метаболизма, появления новых регуляторных цепей.

По вычислениям Лейна и Мартина, на каждый ген своего наследственного кода эукариоты располагают на четыре-пять порядков большим запасом энергии, чем бактерии. С этой точки зрения бактерии находятся на дне энергетической пропасти, выбраться из которой они не могут.

Переход клеток к выработке энергии с помощью митохондрий можно сравнить с промышленной революцией. Вместо того чтобы линейно наращивать размер мануфактуры, клетки пошли на качественное изменение: они построили "завод" и поставили в него ряды специализированных "станков".

Потому, несмотря на миллиарды лет существования, прокариоты и поныне остались относительно простыми существами, а эукариоты давным-давно изобрели новые средства передачи сигналов между клетками и шагнули в сторону многоклеточных форм жизни. Нас с вами.

Теория европейских учёных, кстати, может пригодиться и в оценке вероятности существования сложных форм жизни на других мирах.

Дело в том, что примеры поглощения бактериями других клеток — крайне редки. Это означает, что, однажды возникнув, жизнь на многие эоны может задержаться на простой одноклеточной стадии. До тех пор, пока счастливый случай не поможет ей изобрести внутриклеточные энергетические фабрики. "Основные принципы являются универсальными. Даже инопланетянам необходимы митохондрии", — заключает Лейн. 

Источник: MEMBRANA

Исследование взаимоотношений бактерий и вирусов-бактериофагов помогло учёным понять, как появилась простейшая иммунная система.

"Тщательное исследование фрагментов чужого кода в геномах различных бактерий поможет найти их слабые места, а значит, создать новые эффективные антибиотики", – уверен автор работы Томас Вуд (фото Texas A&M University) Профессор Томас Вуд (Thomas Wood) и его коллеги из Техасского университета при помощи специальных ферментов вырезали из ДНК бактерии в общей сложности 166 тысяч нуклеотидов, принадлежащих различным вирусам.

В статье в журнале Nature Communications авторы исследования пишут: кишечная палочка сразу же стала более чувствительной к антибиотикам. Это позволило выдвинуть вирусную версию происхождения иммунитета.

Но вредоносный для бактерии механизм срабатывал не всегда, иногда мутации, происходящие в ходе удвоения хромосом, нарушали планы вирусов. Новая частица не появлялась на свет. Вместо этого в ДНК бактерий сохранялся код вируса, а сама она подчас получала возможность бороться с новыми захватчиками.

Согласно эволюционной теории, полезная добавка закреплялась в геноме процветающих организмов и передавалась следующим поколениям. "На протяжении миллионов лет вирусы становились частью бактерий, "обучали" их новым возможностям, передавая гены, белки и ферменты", — рассказывает Вуд.

По мнению профессора, именно этот процесс заимствования можно считать зарождением первой иммунной системы. "Бактерии заполучили в своё пользование белки, которые помогли им сопротивляться антибиотикам, защищаться от окисления клеток, в общем, противостоять уничтожению", — добавляет Томас.

Ранее биологи полагали, что вирусная ДНК "молчит" и практически не участвует в жизни бактерий. Читайте также о вирусном коде в геноме человека, о том, как в ДНК плодовой мушки была обнаружена полная копия генома бактерии-паразита, а ещё о первой трансплантации всего генома между видами, читайте так же о том, как биотехнологии воскресили древнюю бактерию, как бактерии убивают друг друга и о том, как возникла чума.

Источник: MEMBRANA

Последний всеобщий предок (также переводится как «Последний универсальный предок») (англ. last universal ancestor, LUA), иначе Последний универсальный общий предок (англ. last universal common ancestor, LUCA) — ближайший общий предок всех ныне живущих на Земле живых организмов. Последний общий предок жил совместно с другими различными обитателями архея предположительно 3,6—3,8 млрд лет назад в эоархейскую эру. Это были уже довольно сложно эволюционированные организмы, его появлению предшествовала долгая эволюция (первая жизнь на нашей планете зародилась более 4 млрд. лет назад во времена катаархея). Предполагается, что все современники последнего всеобщего предка вымерли и до сегодняшнего дня дошло только его генетическое наследство. Или, как было предложено Карлом Вёзе, возможно, никакой из отдельных организмов не может рассматриваться в качестве последнего всеобщего предка, но генетическое наследие всех современных организмов произошло посредством горизонтального переноса генов среди древнего сообщества организмов

Рис. 1. Филогенетическое дерево живых организмов на основе РНК данных и теории Карла Вёзе (википедия)В конце 1970-х годов когда Карл Вёзе предложил трехдоменную классификацию организмов (рис. 1). Полагая, что представители первой из выделенных им групп прокариот могут быть более древними, чем собственно бактерии, Вёзе назвал их архебактериями, или археями. Это утверждение было подкреплено тем, что все известные археи обладали крайне высокой устойчивостью к экстремальным состояниям окружающей среды, таким как высокая солёность, температура и кислотность, и привело некоторых учёных к предположению, что последний всеобщий предок развивался в таких местах, как чёрные курильщики, где такие крайности господствуют поныне. Однако впоследствии он пришёл к выводу о том, что обе группы произошли от общего предка и предложил термин «прогенот» для обозначения примитивной предковой формы. Кроме того, были открыты археи, существующие в менее враждебных средах, на основе чего был сделан вывод, что последний всеобщий предок предпочитал температуры, не превосходящие 50 °C. Теперь многие систематики полагают, что они более тесно связаны с эукариотами и бактериями, хотя это остаётся спорным вопросом.

 Черты присущие последнему общему предку

Трехдоменное филогенетическое дерево жизни. Эукариоты красного, археи - зеленого и бактерии синего цветов (википедия)Черты присущие последнему всеобщему предку сформулированы на основе черт, свойственных всем независимо существующим организмам на Земле.

• Рис. 3. Филогенетическое дерево жизни по трехдоменной системе, показывающее связь между видами, чьи геномы были упорядоченные до 2006г. В самом центре Последний общий предок. Розовый цвет - эукариоты, зеленый - археи и синий - бактерии (википедия)Генетическая информация основана на ДНК.
  1. ДНК состоит из четырёх нуклеотидов (аденин, гуанин, тимин, цитозин).
  2. Генетический код составляют состоящие из трёх нуклеотидов кодоны, образуя 64 различных триплета. Поскольку используется только 20 аминокислот, то разные кодоны кодируют одни и те же аминокислоты. Такое соответствие случайно и существует как среди эукариотов, так и прокариотов. Археи и митохондрии используют похожее кодирование с небольшими отличиями.
  3. ДНК остаётся состоящей из двух нитей благодаря зависимости от шаблона ДНК-полимеразы.
  4. Целостность ДНК обеспечивается группой обслуживающих ферментов, включая топоизомеразу, ДНК-лигазу и другие ферменты репарации ДНК. Помимо этого ДНК защищена связывающими её белками, таким как гистоны.
• Генетическая информация отображается через промежуточные РНК, состоящие из одной нити.
  1. РНК производится зависимой от ДНК РНК-полимеразой с использованием нуклеотидов, сходных с нуклеотидами ДНК, за исключением тимидина ДНК, вместо которого в РНК служит уридин.
• Рис. 4. Филогенетическое дерево объединяющая 5 царств с горизонтальным переносом генов (википедия).Генетическая информация отображается в белки. Все другие свойства организма (такие как синтез липидов или углеводов) — результат работы белков-ферментов.
• Белки собираются из свободных аминокислот, путём трансляции мРНК с помощью рибосом, тРНК и группы родственных белков.
  1. Рибосомы составлены из двух субъединиц, большой и малой.
  2. Каждая субъединица рибосомы включает ядро рибосомных рибонуклеиновых кислот и окружена рибосомными белками.
  3. Молекулы РНК (рРНК и тРНК) играют важную роль в каталитическом действии рибосом.
• Используется только 20 аминокислот, это лишь малая часть от бесчисленного множества нетипичных аминокислот. Используются только L-изомеры.
  1. Аминокислоты должны синтезироваться из глюкозы группой особых ферментов. Направления синтеза являются произвольными и сохраняющимися.
• Возможно использование глюкозы как источника энергии и углерода. Для этого используются D-изомеры.
  1. Гликолиз идёт по пути произвольного расщепления.
• АТФ используется как переносчик энергии.
• Клетка окружена клеточной стенкой состоящей из двойного липидного слоя — грамотрицательного типа.
• Внутри клетки концентрация натрия ниже, а калия — выше, чем снаружи. Отклонение поддерживается особенным ионным насосом.
• Клетка размножается путём репродуцирования всего своего содержания, за чем следует деление клетки.

Теплая "шуба" из углекислоты в атмосфере Земли в архейскую эру, оберегавшая ее от превращения в ледяной шар и создававшая комфортные условия для зарождения жизни, должна была быть в семь раз толще, чем считалось ранее, заявляют ученые в статье, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters.

Архейская эраГруппа палеоклиматологов под руководством Хендрика Кинерта (Hendrik Kienert) из Потсдамского института исследования последствий изменения климата (PIK) в Германии пришла к такому выводу, изучив результаты работы новой модели климата, который господствовал на Земле в архейскую эру (продолжалась с 3,8 до 2,5 миллиарда лет назад). Кинерт и его коллеги отмечают, что их предшественники ранее не учитывали процессы, которые происходят при изменении "общего" альбедо (отражательной способности) планеты, а также относительно высокую скорость вращения Земли в ее "юности".

Как объясняют ученые, во времена архея "молодое" Солнце давало на 25% меньше света и тепла, чем сегодня. Большая часть Земли была покрыта океаном, и при появлении небольших участков льда на ней могла запуститься "цепная реакция", которая привела бы к превращению планеты в ледяной шар. Это связано с тем, что лед отражает большую часть света, а жидкая вода, напротив, поглощает его и превращает в тепло.

Кинерта и его коллег интересовала доля углекислоты в атмосфере нашей планеты, которая позволила бы воде на ее поверхности оставаться жидкой. Для этого они разработали компьютерную модель климата, учитывающую все особенности архейской эры, и изучали состояние Земли, меняя концентрацию СО₂ в атмосфере.

По их расчетам, доля углекислоты в архейской атмосфере должна была в 1,4 тысячи раз превышать содержание CO₂ в атмосфере на начало XX века. Эта оценка не сходится с предыдущими прогнозами. Так, ранее считалось, что углекислого газа в атмосфере в тот период было всего в 200 раз больше, чем в начале XX века.

"Парадокс "тусклого юного Солнца" был одним из самых сложных вопросов в палеоклиматологии на протяжении последних четырех десятилетий. Наша работа позволяет нам получить лучшее представление о климате на заре рождения жизни на Земле и тем самым позволяет сделать несколько ключевых шагов вперед на пути к решению этой проблемы", — заключает Георг Фойлнер (Georg Feulner) из Потсдамского института исследования последствий изменения климата.

Источник: РИА Новости

Геологи из Канзасского университета (США) представили оценку предполагаемых микроокаменелостей, найденных в австралийских кремнистых породах возрастом около 3,5 млрд лет.

Нитевидные микроструктуры в породе возрастом 3,45 млрд лет (иллюстрация из статьи Уильяма Шопфа (William Schopf), опубликованной в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B) Нитевидные сегментированные микроструктуры, напоминающие цианобактерии, были обнаружены более 20 лет назад. Их классификация стала предметом ожесточённых споров: часть специалистов настаивала на том, что микроструктуры содержат обычный графит, а другие находили в них «биологический» кероген. «К несчастью, остатки цианобактерий — если это действительно они — попали в плохо поддающуюся анализу породу, — сокрушается палеобиолог Мартин Бразье (Martin Brasier) из Оксфордского университета (Великобритания). — Здесь базальтовая лава, богатая оловом, цинком и медью, встречается с минералами железа и кварцем, создавая страшный беспорядок».

Фрагмент иллюстрации из статьи, вышедшей в журнале Science в апреле 1993 года. Показаны «микроокаменелости» и их модели Авторы подготовили для изучения под микроскопом шлифы (тонкие пластинки) породы толщиной в 300 и 30 мкм. Наблюдения показали, что вытянутые структуры, аналогичные «микроокаменелостям», представляют собой микроскопические разломы, заполненные светлым и тёмным минералами. Исследования по методике рамановской спектроскопии помогли восстановить полную картину: тёмный материал был идентифицирован как гематит, а светлый — как кварц. Оба не имеют никого отношения к биологии.

Сегментированная микроструктура и полученный при её анализе рамановский спектр (изученная область обведена). Пики в спектре на 1 320, 411, 292 и 226 см-1 соответствуют гематиту, а пик на 464 см-1 — кварцу. (Иллюстрация авторов работы.) Логично предположить, что авторы проведённых ранее экспериментов ошибочно ассоциировали найденный углеродистый материал с самими микроструктурами. Г-н Бразье с этой аккуратной трактовкой не соглашается. «Мы имеем дело с сознательным игнорированием фактов», — считает учёный.

Полная версия отчёта будет опубликована в журнале Nature Geoscience. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Считается, что юную Землю наполняла горячая вода, но два исследования, результаты которых были представлены на конференции Американского геофизического союза, показали, что в действительности на планете было даже холоднее, чем сейчас.

Сурикат на фоне отпечатков дождевых капель, образовавшихся 2,7 млрд лет назад (фото Wlady Altermann / University of Pretoria)Учёные занимались парадоксом слабого молодого Солнца. В то время, когда на Земле царил архей (4−2,5 млрд лет назад), наша звезда светила всего лишь на 70% от сегодняшнего уровня. Тем не менее Земля отчего-то не превратилась в гигантский снежок. Вместо этого на ней были обширные океаны жидкой воды, наполненные примитивными микроорганизмами — предками современных микробов, производящих метан и поглощающих серу.

В ходе одного из исследований специалисты проанализировали окаменевшие капли дождя, павшие с небес около 2,7 млрд лет назад, и пришли к выводу, что атмосфера, в которой они сформировались, не слишком отличалась от сегодняшней. Это говорит о том, что парникового эффекта, якобы необходимого для защиты планеты от глобального остывания, не случилось.

Другая группа предложила следующее решение парадокса: молодой планете вовсе не надо было оставаться тёплой, чтобы поддерживать воду в жидком состоянии. Если вы построите модель Земли в виде сферы, даже тусклого Солнца и атмосферы, напоминающей сегодняшнюю, будет достаточно, чтобы в районе экватора существовала вода, хотя и не самая горячая.

С 1960-х годов на основании геологической и палеонтологической летописи учёные полагают, что в архее температура океанов достигала 77 ˚C. В то же время компьютерные модели слабого Солнца и атмосферы, похожей на современную, рассматривали Землю как одномерную линию (а не более реалистичную сферу). У них получалось, что средняя температура планеты держалась ниже нуля.

Отпечатки неоархейского дождя (Фото Som et al, Nature, 2012)Дабы избавиться от этого противоречия, учёные предположили, что в те времена атмосферу наполняли парниковые газы (например, углекислый). Но вместе с ростом концентрации этих газов увеличивалось и атмосферное давление. Этим обстоятельством и воспользовались астробиолог Санджой Сом из Исследовательского центра НАСА им. Эймса и его коллеги. Во время короткого и лёгкого ливня с ураганом, пронёсшегося над современной Южной Африкой, капли упали в древнюю реку, покрытую одеялом из вулканического пепла. Следы сохранились, поскольку их покрыла тонкая вуаль следующей порции золы.

Для расчёта давления ранней атмосферы исследователи сбрасывали капли с высоты седьмого этажа и измеряли размер ямок, получавшихся в пепле исландского вулкана Эйяфьятлайокудль. Поскольку предельная скорость дождевой капли (равновесная скорость — скорость падения, когда сила сопротивления воздуха равна силе гравитации) зависит от плотности воздуха вокруг неё, учёные смогли посчитать давление воздуха, определив скорость, с которой капли врезались в пепел 2,7 млрд лет назад.

Они заключили, что древнее атмосферное давление превышало сегодняшнее максимум вдвое, то есть в те времена и близко не было того количества парниковых газов, о котором говорили другие исследователи.

Тем временем Эрик Вулф из Колорадского университета (США) и его коллеги на основании трёхмерной компьютерной модели обнаружили, что, даже если взять более реалистичный уровень атмосферного углекислого газа, Земля будет всего лишь такой же холодной, как во времена последнего ледникового периода. То есть даже в этом случае жидкая вода могла существовать.

Учёные также пересмотрели старые геологические свидетельства, которые использовались для расчёта температуры на ранней Земле (например, морские донные отложения), обнаружив, что гипотеза о почти кипящих океанах сомнительна.

Например, отсутствие льда в летописи окаменелостей воспринимается как доказательство того, что Земля была свободной ото льда, тогда как на самом деле это может означать, что мы просто ещё не нашли лёд, говорит г-н Вулф. К тому же геологические данные о высокой температуре в северных широтах добыты на большой глубине, и вполне возможно, что 2,8 млрд лет назад эти породы находились возле экватора.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

На западе Австралии, в чёрном песчанике геологического формирования Стрелли, возраст которого оценивается в 3,4 млрд лет относяциеся к Палеоархею, найдены клеточные окаменелости.

Возможно, старейшие окаменелости, известные науке (здесь и ниже фото авторов работы)Честь открытия принадлежит Мартину Брэсьеру (Martin Brasier), палеобиологу Оксфордского университета (Великобритания), и его сотрудникам.

Расположенный в глубине континента бассейн Стрелли когда-то был песчаным пляжем. Земля в то время выглядела совсем иначе: средняя температура океана составляла около 45 ˚С, кислорода не хватало. Скорее всего, первая жизнь полагалась на серосодержащие соединения. Другие точки зрения гласят, что ранние бактерии практиковали фотосинтез или использовали водород для производства энергии. Имеет смысл предположить существование самых разнообразных организмов с широким спектром разновидностей обмена веществ.

Химический анализ давно намекал на то, что жизнь на Земле возникла около 3,5 млрд лет назад, но с «вещдоками» было туго, поскольку очень сложно доказать, что образования, похожие на древние клетки, действительно являются древними клетками. Например, в 1980-х в формировании Апекс-Черт (Apex Chert) в 30 км от бассейна Стрелли были найдены структуры, которые сначала сочли окаменелыми цианобактериями, жившими 3,5 млрд лет назад. Однако в этом году было доказано, что они имеют неорганическое происхождение. Подобная неопределённость ставит под сомнение любую находку.

Г-н Брэсьер был в числе критиков находки в Апекс-Черт, но насчёт своего открытия он уверен. Размеры, формы окаменелостей, наличие в них того, что похоже на углерод-содержащие клеточные стенки, — всё это характерно для бактериальных колоний. Следы имеют от 5 до 80 мкм в диаметре. Форма разнообразна: сфера, эллипсоид, палочка.Бассейн Стрелли и его тайна

Стенки «клеток» имеют одинаковую толщину — в отличие от сильно изменчивых углеродистых слоёв, находящихся в образованных геологическими процессами неорганических следах. Окаменелости также бедны углеродом-13 — тяжёлой формой углерода, содержащейся в атмосфере. Это признак биологической активности, так как живые организмы преимущественно пользуются более лёгкой формой — углеродом-12.

В «клеточных стенках» и рядом с ними найдены микрометровые кристаллы сульфида железа (пирита). Аналогичный характер осаждения этого вещества наблюдается в современных бактериях, которые питают свой метаболизм за счёт превращения серосодержащих частиц — сульфатов — в сульфиды. С другой стороны, мы не знаем, существовал ли подобный процесс в древних микроорганизмах, — а значит, это не может считаться убедительным доказательством.

Однако, по мнению ряда специалистов, увязка микрофоссилий с метаболизмом — наиболее интересный аспект работы и может иметь значение для дальнейших попыток идентификации ископаемых микроорганизмов. В том числе на Марсе.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА

Земная кора неоднородна: она подразделяется на более лёгкую континентальную и плотную океаническую. Первая толще (30–40 км) как раз за счёт своей лёгкости; именно это позволяет ей настолько возвышаться, плавая в мантии.

По общепринятым представлениям, тектонические плиты сталкиваются, океаническая кора погружается в мантию, где на определённой глубине частично плавится, после чего расплавленная порода снова возносится на поверхность. Так формируются континенты.

Состав континентальной коры соответствует таковому коры океанической, которая расплавилась настолько, что от неё осталось 10–30%. К сожалению, концентрации основных химических компонентов в повторно затвердевшей породе не позволяют судить о том, на какой глубине происходило смешивание. Необходимо знать, каким был состав остальных 70–90%.

Дабы нащупать подходы к решению этой проблемы, Торстен Нагель из Боннского университета и Карстен Мюнкер из Кёльнского университета (оба — ФРГ) проанализировали старейшие (3,8 млрд лет) образцы континентальной коры, которые находятся в западной части Гренландии.

Прежде чем магма отделится от коренной подстилающей породы, полужидкая порода и остаток твёрдых минералов активно обмениваются микропримесями. «У каждого минерала — свой способ отделения при плавлении рассеянных элементов, — поясняет соавтор Элис Хоффманн из Боннского университета. — Иными словами, концентрация микроэлементов в расплаве указывает на состав остаточной коренной породы».

Ну а концентрация микропримесей в старейшей континентальной породе должна была позволить учёным реконструировать первоначальную коренную породу, чтобы выяснить, на какой глубине образовалась континентальная кора.

Исследователи провели компьютерное моделирование состава коренных и расплавленных пород, которые могли возникнуть в результате частичного плавления океанической коры на различной глубине и при различной температуре. Результаты сравнили с наличной концентрацией микропримесей в старейших континентальных породах.

Выяснилось, что кора первых континентов, скорее всего, сформировалась на глубине 30–40 км. И это означает, что в архее океаническая кора могла в некотором смысле «сочиться» континентальными породами, поскольку 4 млрд лет назад Земля была ещё довольно горяча.

Выходит, первые континенты возникали вовсе не в зонах субдукции (кстати, есть сомнения, что эти зоны в то время существовали).

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Первые биологические часы появились вместе с фотосинтезом и подчинялись не смене дня и ночи, а изменениям концентрации кислорода в клетке.

Появление биологических часов у живых организмов случилось из-за накопления в атмосфере кислорода — к такому выводу пришли исследователи из Кембриджского университета (Великобритания). Статью, в которой они рассказывают, как доискивались происхождения суточного ритма, учёные опубликовали в журнале Nature. Биологические часы, как известно, есть почти у всех живых организмов, от одноклеточных водорослей до человека. Они выставлены на 24-часовой цикл, который может поддерживаться даже при отсутствии внешней коррекции в виде смены дня и ночи. Однако солнечный свет служит ключевым регулятором циркадного ритма, и гены, управляющие этим ритмом, обычно учитывают показания «оптических датчиков», то есть специальных фоторецепторов в глазу.

Несмотря, однако, на всеобщность, у разных организмов суточные ритмы устроены по-разному. То есть гены циркадного ритма у растений, дрозофил и, например, млекопитающих различаются довольно сильно. В связи с этим исследователи полагают, что биологические часы возникали в ходе эволюции неоднократно (по меньшей мере раз пять) у разных групп организмов. Но на этот раз учёные обратили внимание на гены пероксиредоксинов — ферментов, которые есть опять же почти у каждого живого существа на планете. Эти белки участвуют в обезвреживании опасных кислородных радикалов, образующихся в результате клеточного дыхания. Год назад эта же группа исследователей из Кембриджа сообщала, что уровень пероксиредоксинов в клетках морских водорослей и эритроцитах человека меняется по одинаковому ритму. И ритм этот, как легко догадаться, 24-часовой.

В новой работе учёные проанализировали динамику пероксиредоксинов среди более широко набора организмов: уровень ферментов измеряли у мышей, дрозофил, растений, бактерий и архебактерий. Оказалось, что активность генов пероксиредоксинов не зависит от солнечного света, без которого, как принято считать, биологические часы разлаживаются. Это навело исследователей на мысль, что пероксиредоксиновый ритм представляет собой какие-то другие, метаболические часы, не зависящие от остальных суточно-ритмических механизмов. Мутации, которые расстраивали обычный циркадный ритм, на колебаниях активности генов пероксиредоксинов никак не сказывались.

Вместе с тем учёные не считают, что метаболический и обычный световой суточные ритмы абсолютно независимы друг от друга. Вряд ли изменения в активности касаются только генов пероксиредоксинов; скорее всего, тут задействован ещё ряд ферментов, которые среди прочего могут выполнять связующую функцию между двумя системами суточного цикла. Однако специфика работы метаболических часов стала поводом для смелого предположения, что пероксиредоксины некогда были самыми первыми биологическими часами.

Вместе с «открытием» бактериями фотосинтеза 2,5 млрд лет назад им срочно понадобились системы, которые обезвреживали бы опасные продукты кислородных реакций. Появление фотосинтеза привело, как известно, к кислородной катастрофе, после которой те, кто не мог жить в новой атмосфере, вымерли или ушли в тень. Для реакции фотосинтеза необходим свет, но первоначально суточный ритм, по предположению учёных, подчинялся именно колебанию концентрации кислорода. И лишь потом биологические часы взяли за образец смену дня и ночи.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА