過去 40 年間、David Deamer は膜に取りつかれてきました。具体的には、彼は細胞膜、つまり私たちの細胞を包む脂肪エンベロープに魅了されています.それらは目立たないように見えるかもしれませんが、カリフォルニア大学サンタクルーズ校の生化学者であるディーマーは、これらのような膜が生命の出現を引き起こしたと確信しています.彼が想像しているように、それらは初期の地球の化学物質を囲い込み、最初の生物学的分子を作成する反応のインキュベーターとして機能しました.
生命の出現における最初の大きな課題の 1 つは、単純でありふれた分子がより複雑になることでした。このプロセスは、最も注目すべきことに、最初の生物学的分子であると長い間理論化されてきた RNA の出現をもたらしました。 RNA はポリマー (反復するサブユニットで構成される化学鎖) であり、初期の地球と同様の条件下で作成することは非常に困難であることが証明されています。
Deamer のチームは、膜がこの化学的変態の繭として機能するだけでなく、プロセスを積極的に推進する可能性があることを示しました。膜は、水に溶解せず、自発的に小さなパッケージを形成できる脂肪分子である脂質で構成されています。 1980 年代に、Deamer は、これらのパッケージを作るための材料が初期の地球で容易に入手できたであろうことを示しました。彼は、1969 年にオーストラリアで爆発したマーチソン隕石から膜形成化合物を分離しました。その後、脂質が RNA ポリマーの形成を助け、保護コーティングでそれらを囲み、原始細胞を作り出すことを発見しました。
過去数年間、Deamer は膜ファーストのアプローチを、生命がどのように出現したかについての包括的なビジョンへと拡大してきました。彼のモデルによると、初期の地球の原始細胞はさまざまな構成要素で構成されていました。これらの成分のいくつかは、おそらく保護膜を安定させたり、エネルギー供給にアクセスできるようにすることで、原始細胞を助けることができます.ある時点で、1 つまたは複数の RNA が複製する能力を発達させ、私たちが知っている生命が動き始めました。
Deamer は、今日のアイスランドに似た火山性の陸塊が、彼の原始細胞にとって居心地の良い発祥の地になったと考えています。高温多湿の熱水域に点在する淡水プールは、定期的な加熱と冷却の対象となります。そのサイクルは、必要な成分 (脂質と RNA のビルディング ブロックの両方を含む) を濃縮し、それらのビルディング ブロックを生体ポリマーに縫い合わせるのに必要なエネルギーを提供した可能性があります。 Deamer は現在、研究室でこれらの状態を再現しようとしています。彼の目標は、RNA と DNA ポリマーを合成することです。
Quanta Magazine の Peter DaSilva
ビデオ: David Deamer は、彼の研究室が初期の地球の火山で見られる極端な条件をどのように模倣しているかを説明します。
クォンタ マガジン 今年初めにテキサス州ガルベストンで開催された生命の起源に関する会議でディーマーと話しました.その会話を編集して要約したバージョンが続きます。
QUANTA MAGAZINE:生命の起源を理解しようとする研究者の最大の成果は何ですか?未解決の問題は何ですか?
DAVID DEAMER:私たちは 1950 年代以来、本当に進歩を遂げてきました。最初の生命は少なくとも 35 億年前に誕生したことがわかっており、原始生命はおそらく 40 億年前に出現したと考えられます。また、特定の隕石には生命の基本的な構成要素が含まれていることもわかっています。しかし、最初のポリマーがどのように組み立てられたのかはまだわかっていません.
科学者たちは生命を定義する方法について意見が分かれています。 NASA は実用的な定義を提示しました。それは、システム自体をより有効に活用できる進化するシステムです。それで十分ですか？
人生は、単純で抽象的な定義に抵抗します。私が生命を定義しようとするとき、私は生きていないものには当てはまらない 12 個の特性をまとめます。それらのいくつかは単純なものです:生殖、進化、代謝.
多くの科学者は、RNA の作り方など、生命の出現における個々の段階を研究しています。しかしあなたは、人生はシステムであり、システムとして始まったと主張しています。なぜですか?
DNAはすべての生命の中心ですが、生物を作るために必要なすべての情報を持っていても、生きているとは言えません. DNAはそれ自体では複製できません。水を入れた試験管に DNA を入れると、DNA はゆっくりとさまざまな断片に分解されます。したがって、単一の分子が生きていると考えることの限界がすぐにわかります。
私たちが成長と呼んでいるものを少し得るには、DNAのサブユニット、DNAを複製するための酵素、および反応を促進するためのエネルギーを追加する必要があります.これで、特定の成分があれば自己複製できる分子ができました。彼らはまだ生きていますか？遅かれ早かれサブユニットが使い果たされ、再生がきしむ音で止まるからです。では、どうすれば本当に生きているシステムにたどり着くことができるでしょうか?それが私たちと他の人々がやろうとしていることです。私たちが考えることができる唯一の方法は、DNA を膜状コンパートメントに入れることです。
コンパートメントが重要なのはなぜですか?
車は密閉しないと機能しません。ピースを所定の位置に保持する必要があります。生命の起源については、隔離されたシステム、つまりエネルギーと栄養素を求めて競合するコンパートメントなしでは進化を遂げることはできません。それは、化学者に化学薬品を与えるが、試験管を与えないようなものです。コンパートメントがなければ化学はできません。初期の地球では、各膜は生命の実験でした。
生命が誕生したとき、地球はどのように見えたと思いますか?
ハワイやアイスランド、さらには火星のオリンパス山にさえ似た火山の陸塊を伴う、おそらく塩分の多い地球規模の海がありました。島での降水は、地熱エネルギーによって沸騰するまで加熱された淡水プールを生成し、流出によって周囲温度まで冷却されました。現代の例には、私が訪れたロシアのカムチャツカの熱水域や、私たちがフィールドワークを行っているカリフォルニア州のラッセン山にあるバンパス ヘルなどがあります。
これらのプールが生命の誕生の場である可能性が高いのはなぜですか?
プールに蓄積された有機化合物は、火山の陸地に降り注いだ降水によって洗い流されました。プールは湿潤と乾燥のサイクルを経て、浴槽のリングのように岩の上に有機化合物の濃縮膜を形成しました。その映画の中で、興味深いことが起こります。脂質は自己組織化して膜のような構造になり、RNA のサブユニットまたは他のポリマーが結合して長い鎖を形成します。
あなたは、脂質が RNA の形成を助けることができることを発見しました。これはどのように機能しますか?
RNAの個々のサブユニットをつなぎ合わせて長い鎖を作る方法を開発しました。 RNA のビルディング ブロックの 2 つである分子 AMP、アデノシン一リン酸、および UMP、ウリジン一リン酸から始めます。水中では、サブユニットは単純に溶解し、より長い鎖を形成することはできません.脂質の層の間に AMP サブユニットを閉じ込めると、サブユニットが整列することを発見しました。それらを乾燥させると、ポリマーが形成されます。乾湿サイクルでは、ポリマーをカプセル化する脂肪滴も作成されます。
現在、熱水域で見られるような条件下で、実験室でそのプロセスを再現しようとしています。プールの端で何が起こるかをシミュレートするために、30 分の乾湿サイクルを使用します。 10 ユニットから 100 ユニット以上の範囲のポリマーを作成できることを示しました。
これが地球で起こったことだと思いますか?
私たちは、ラッセン山のバンプパス ヘルなど、初期の地球に似た場所で実験室で見たものが展開する可能性をテストしています。同僚の Bruce Damer と私は昨年 9 月にそこに行き、噴気孔から出てくる熱いガスが RNA ポリマーを作る反応を促進できるかどうかをテストしました。結果は非常に予備的なものであり、繰り返す必要がありますが、ポリマーの証拠が見られました.
あなたは水滴を試験管になぞらえました。それぞれが人生の実験です。成功した実験とはどのようなものですか?
アイデアは、各 [液滴] がランダムなポリマーの混合物を囲むということです。まれなプロトセルは、特定の機能特性を持つポリマーのコレクションを収容する場合があります。たとえば、一部のポリマーは細胞膜の安定化に役立ち、その寿命を延ばす可能性があります。他の人は膜に孔を作り、栄養素が細胞に入るのを可能にします.さらに他のものは反応を触媒し、それらの栄養素を細胞が必要とするものに変換するかもしれません.これらの RNA ベースの酵素はリボザイムと呼ばれます。私たちが生成する何兆ものランダム配列ポリマーの中から機能性ポリマーを検出できるかどうかを確認したいと考えています.
この星系で最もエキサイティングな発見は何ですか?
複製するものを手に入れることは大したことです。そのためには、重合反応を速くするリボザイムが必要です。しかし、そのようなリボザイムを見つけるまでには、長い道のりがあります.
科学者が実験室で生命を作ることができるようになったら、生命が地球でどのように生まれたかを理解できるでしょうか?
おそらく実験室での生活はできるでしょうが、それが生命の始まりだと言えるかどうかはわかりません。私たちが合成しようとしている生活は、きれいな試薬などを備えた研究室に基づいた、非常に技術的な生活になるでしょう.それが自己成長するシステムになるまで、そのシステムを外部環境に置いて成長するのを見るまで、それを生命の起源と呼ぶことができるかどうかはわかりません.
生命がどのように始まったのかを確実に知ることはできませんが、初期の地球やおそらく火星など、居住可能な惑星で生命がどのように始まるかを理解する可能性は非常に高いようです.
