Зеркальная жизнь
 | Эта статья написана как личное размышление, личное эссе или аргументативное эссе , в котором излагаются личные чувства редактора Википедии или представлен оригинальный аргумент по определенной теме. ( сентябрь 2018 г. ) |
Зеркальная жизнь (также называемая зеркальной жизнью ) — это гипотетическая форма жизни с зеркально отраженными молекулярными строительными блоками. [1] [2] [3] [4] [5] Возможность зеркальной жизни впервые обсуждалась Луи Пастером . [6] Хотя эта альтернативная форма жизни не была обнаружена в природе, попытки создать зеркальную версию молекулярного механизма биологии уже предпринимаются. [7]
Гомохиральность
[ редактировать ]Многие из молекул, необходимых для жизни на Земле, могут существовать в двух формах зеркального отображения, называемых «левосторонними» и «правосторонними», где «направление» относится к направлению, в котором поляризованный свет искажается при прохождении через чистый раствор молекула, но живые организмы не используют обе. [8] Белки состоят исключительно из левосторонних аминокислот ; РНК и ДНК содержат только правые сахара . Это явление известно как гомохиральность . [9] Неизвестно, возникла ли гомохиральность до или после жизни, должны ли строительные блоки жизни иметь эту особую хиральность и действительно ли жизнь должна быть гомохиральной. [10] Белковые цепи, построенные из аминокислот смешанной хиральности, имеют тенденцию не сворачиваться и не функционировать как катализаторы, но были построены белки зеркального отображения, которые действуют так же, но на субстратах противоположной направленности. [9]
Концепция
[ редактировать ]Гипотетически должно быть возможно воссоздать всю экосистему снизу вверх, в зеркальном виде. [11]
Достижения в синтетической биологии , такие как синтез вирусов с 2002 года, частично синтетических бактерий в 2010 году или синтетических рибосом в 2013 году, могут привести к возможности полного синтеза живой клетки из небольших молекул, где мы могли бы использовать зеркальные версии ( энантиомеры ) молекулы-строительные блоки жизни вместо стандартных. Некоторые белки были синтезированы в зеркальных версиях, в том числе полимераза в 2016 году. [12] [13]
Реконструкция обычных форм жизни в зеркальной форме с использованием зеркального (хирального) отражения их клеточных компонентов может быть достигнута путем замены левых аминокислот на правые, чтобы создать зеркальные отражения всех обычных белков. Аналогично мы могли бы получить отраженные сахара, ДНК и т. д., на которых отраженные ферменты будут прекрасно работать. В конце концов мы получим нормально функционирующее зеркальное отражение естественного организма — хиральный организм-двойник.
Электромагнитная сила (химия) не изменяется при такой трансформации молекулярного отражения ( P-симметрия ). При отражении происходит небольшое изменение слабых взаимодействий, которое может привести к очень небольшим поправкам, но эти поправки на много порядков ниже теплового шума — почти наверняка слишком малы, чтобы изменить какую-либо биохимию. [14] Однако существуют также теории о том, что слабые взаимодействия могут оказывать большее влияние на более длинные нуклеиновые кислоты или белковые цепи, что приводит к гораздо менее эффективному преобразованию зеркальных рибозимов или ферментов, чем нормальные рибозимы или ферменты. [15]
Зеркальным животным придется питаться отраженной пищей, производимой отраженными растениями. Зеркальные вирусы не смогут атаковать естественные клетки, так же как естественные вирусы не смогут атаковать зеркальные клетки. [11]
Зеркальная жизнь таит в себе потенциальную опасность. Например, хирально-зеркальная версия цианобактерий нужны только ахиральные питательные вещества и свет , которой для фотосинтеза , может захватить экосистему Земли из-за отсутствия естественных врагов, нарушая нижнюю часть пищевой цепи, производя зеркальные версии необходимых сахаров. [11] Некоторые бактерии могут переваривать L-глюкозу ; Подобные исключения дадут некоторым редким формам жизни непредвиденное преимущество.
Прямые заявки
[ редактировать ]Непосредственным применением зеркально-хиральных организмов может стать массовое производство энантиомеров (зеркальных изображений) молекул, образующихся при нормальной жизни.
- Энантиомерные препараты - некоторые фармацевтические препараты обладают разной активностью в зависимости от энантиомерной формы.
- Аптамеры ( аптамеры L -рибонуклеиновой кислоты ): «Это делает биохимию зеркального отображения потенциально прибыльным бизнесом. Одной из компаний, которая надеется на это, является Noxxon Pharma в Берлине. Она использует трудоемкий химический синтез для создания зеркальных форм коротких нитей ДНК или РНК. так называемые аптамеры, которые связываются с терапевтическими мишенями, такими как белки в организме, и блокируют их активность. У компании есть несколько кандидатов на роль зеркальных аптамеров в испытаниях на людях, включая рак. Идея состоит в том, что их эффективность может быть улучшена, поскольку они не разрушаются. «Процесс репликации зеркального отображения ДНК может предложить гораздо более простой путь создания аптамеров», — говорит Свен Клуссманн, главный научный сотрудник Noxxon Pharma». [16]
- L-глюкоза , энантиомер стандартной глюкозы , тесты которого показали, что по вкусу она напоминает стандартный сахар, но не метаболизируется таким же образом. Однако он так и не поступил на продажу из-за чрезмерных производственных затрат. [17] Более поздние исследования позволяют производить дешевое растение с высоким выходом, однако авторы утверждают, что его нельзя использовать в качестве подсластителя из-за слабительного эффекта. [18]
В художественной литературе
[ редактировать ]Создание человека-зеркала легло в основу рассказа Артура Кларка 1950 года « Техническая ошибка » из «Собрания рассказов». [19] В этой истории несчастный случай превращает человека в его зеркальное отражение, что предположительно объясняется путешествием через четвертое физическое измерение.
В «Звездный путь» романе 1970 года «Спок должен умереть!» Джеймс Блиш, научный сотрудник военного корабля США «Энтерпрайз», в зеркальной форме воспроизведен в результате аварии транспортера. Он запирается в лазарете, где может синтезировать зеркальные формы основных питательных веществ, необходимых для его выживания. [20]
Инопланетная машина, меняющая хиральность, и кровный симбионт, функционирующий должным образом только в одной хиральности, были центральными в романе Роджера Желязны 1976 года « Двери в песке» . [21]
На главной планете из Шери С. Теппер « романа Трава » 1989 года некоторые формы жизни эволюционировали, чтобы использовать правосторонний изомер аланина . [22]
В серии Mass Effect хиральность аминокислот в пищевых продуктах часто обсуждается как в диалогах, так и в файлах энциклопедии.
В научно-фантастическом романе Сожжение Сиболы» « Джеймса С.А. Кори 2014 года на планете Илус есть местная жизнь с частично зеркальной киративностью. Это делает людей-колонистов неспособными переваривать местную флору и фауну и значительно усложняет традиционное сельское хозяйство. Следовательно, колонистам приходится полагаться на гидропонное земледелие и импорт продуктов питания. [23]
В Дэниела Суареса романе «Агент перемен » 2017 года антагонист Отто по прозвищу «Человек-зеркало» оказывается генетически созданным зеркальным человеком. Он смотрит на других людей с презрением и заставляет их чувствовать необъяснимое отвращение одним своим присутствием. [24]
Эта концепция используется во время выступления Райана Норта в «Фантастической четверке» в 2023 году как экзистенциальная угроза человечеству. [25]
См. также
[ редактировать ]- Ксенобиология
- Зеркальная материя - гипотетическая форма материи, которая лишь слабо взаимодействует с обычной материей, которая может образовывать зеркальные планеты, потенциально населенные жизнью из зеркальной материи.
- Пептидомиметики#D-пептиды
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Певица Эмили (26 ноября 2014 г.). «Новый поворот в истории начала жизни» . Журнал Кванта . Проверено 8 мая 2018 г.
- ^ Маркус, Шмидт (2010). «Ксенобиология: новая форма жизни как окончательный инструмент биобезопасности» . Биоэссе . 32 (4): 322–331. doi : 10.1002/bies.200900147 . ПМК 2909387 . ПМИД 20217844 .
- ^ Черч, Джордж М. (2014). Регенезис: как синтетическая биология заново изобретет природу и нас самих . Нью-Йорк: Основные книги. ISBN 9780465038657 .
- ^ Сойер, Эрик (11 января 2013 г.). «Единственная популярная книга по синтетической биологии» . Возбудимый . Природное образование . Проверено 8 мая 2018 г.
- ^ Асеведо-Роча, Карлос Г. (2015). «Синтетическая природа биологии». В Хагене, Кристин; Энгельхард, Маргрет; Топфер, Георг (ред.). Амбивалентность создания жизни: социальные и философские аспекты синтетической биологии . Спрингер. стр. 9–54. ISBN 978-3-319-21088-9 .
- ^ Сигел, Дж. С. (20 ноября 1992 г.). «Левые комментарии». Наука . 258 (5086): 1290. Бибкод : 1992Sci...258.1289B . дои : 10.1126/science.1455216 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 1455218 .
- ^ Пеплоу, Марк (25 июля 2018 г.). «Разговор с Тин Чжу» . Центральная научная служба ACS . 4 (7): 783–784. дои : 10.1021/accentsci.8b00432 . ISSN 2374-7943 . ПМК 6062833 . ПМИД 30062104 .
- ^ «Построение параллельной вселенной» . Проводная Великобритания . ISSN 1357-0978 . Проверено 27 октября 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Пласко, Кевин В.; Майкл, Майкл (2011). Астробиология: Краткое введение . Джу Пресс. стр. 140–141. ISBN 978-1-4214-0194-2 .
- ^ Седбрук, Даниэль (28 июля 2016 г.). «Должны ли молекулы жизни всегда быть левыми или правыми?» . Смитсоновский институт.com . Проверено 8 мая 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с Боханнон, Джон (2010). «Клетки зеркального отображения могут изменить науку или убить нас всех» . Проводной . Том. 18, нет. 12. Архивировано из оригинала 9 августа 2020 г.
- ^ Ван, Зимоу; Сюй, Вэйлян; Лю, Лей; Чжу, Тин Ф. (2016). «Синтетическая молекулярная система, способная к зеркальной генетической репликации и транскрипции». Природная химия . 8 (7): 698–704. Бибкод : 2016NatCh...8..698W . дои : 10.1038/nchem.2517 . ISSN 1755-4330 . ПМИД 27325097 .
- ^ Сюй, Юань; Чжу, Тин Ф. (28 октября 2022 г.). «Зеркальная транскрипция Т7 хирально инвертированных рибосомальных и функциональных РНК». Наука . 378 (6618). Американская ассоциация содействия развитию науки (AAAS): 405–412. Бибкод : 2022Sci...378..405X . дои : 10.1126/science.abm0646 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 36302022 . S2CID 253183402 .
- ^ Бушиа, Мари-Анн; Бушиа, Клод (1997). «Нарушение четности в атомах» . Отчеты о прогрессе в физике . 60 (11): 1351–1396. Бибкод : 1997РПФ...60.1351Б . дои : 10.1088/0034-4885/60/11/004 . S2CID 250910046 .
- ^ Питканен, М. «Может ли репликация зеркальной ДНК рассказать что-нибудь о хиральном…» (PDF) . Топологическая геометродинамика . Проверено 27 июля 2018 г.
- ^ Пеплоу, Марк (16 мая 2016 г.). «Зеркальное отображение фермента копирует зеркальную ДНК» . Природа . 533 (7603): 303–304. Бибкод : 2016Natur.533..303P . дои : 10.1038/nature.2016.19918 . ПМИД 27193657 .
- ^ Естественный способ оставаться сладким , НАСА.
- ^ Мартинес, РФ (5 декабря 2013 г.). «Коротко и понятно: (D)-глюкоза превращается в (L)-глюкозу и (L)-глюкуроновую кислоту». Angewandte Chemie, международное издание . 53 (4): 1160–2. дои : 10.1002/anie.201309073 . ПМИД 24310928 . Epub, 5 декабря 2013 г.
- ^ «Техническая ошибка» . Гудриддс . Проверено 27 октября 2023 г.
- ^ «Издания «Спок должен умереть!» Джеймса Блиша» . www.goodreads.com . Проверено 27 октября 2023 г.
- ^ «Двери в песке» . Гудриддс . Проверено 27 октября 2023 г.
- ^ «Трава (Арбай, №1)» . Гудриддс . Проверено 27 октября 2023 г.
- ^ Ноубл, Барнс и. «Cibola Burn (Expanse Series # 4) | Мягкая обложка» . Барнс и Ноубл . Проверено 27 октября 2023 г.
- ^ «Агент смены» . Гудриддс . Проверено 27 октября 2023 г.
- ^ «ФАНТАСТИЧЕСКАЯ ЧЕТВЕРКА РАЙАНА НОРТА. ТОМ 1: ЧТО ПРОИЗОШЛО С ФАНТАСТИЧЕСКОЙ ЧЕТВЕРКОЙ? | mitpressbookstore» . mitpressbookstore.mit.edu . 11 июля 2023 г. Проверено 27 октября 2023 г.