По-опростен произход за живота


: "В даден момент е създадена особено забележителна молекула случайно. Ние ще я наречем репликатор . Може да не е била най-голямата или най-сложната молекула наоколо, но тя имаше изключителното свойство да може да създава свои копия. " Когато Докинс написа тези думи преди 30 години, ДНК е най-вероятният кандидат за тази роля. Както ще видим, сега са предложени няколко други репликатори. Когато РНК управлява света

: "В даден момент е създадена особено забележителна молекула случайно. Ние ще я наречем репликатор . Може да не е била най-голямата или най-сложната молекула наоколо, но тя имаше изключителното свойство да може да създава свои копия. " Когато Докинс написа тези думи преди 30 години, ДНК е най-вероятният кандидат за тази роля. Както ще видим, сега са предложени няколко други репликатори.

Когато РНК управлява света

За съжаление, скоро се появяват усложнения. Репликацията на ДНК не може да продължи без помощта на редица протеини - членове на семейство от големи молекули, които са химически много различни от ДНК. Протеини, като ДНК, са конструирани чрез свързване на субединици, аминокиселини в този случай, заедно, за да образуват дълга верига. Клетките използват двадесет от тези градивни елементи в протеините, които правят, давайки разнообразие от продукти, способни да изпълняват много различни задачи - протеините са майсторите на живата клетка. Най-известният им подклас, ензимите, действат като експедитори, ускорявайки химическите процеси, които иначе биха се случили твърде бавно, за да бъдат полезни за живота.

Горепосочената сметка напомня старата загадка: коя е първата, пилето или яйцето? ДНК съдържа рецептата за изграждане на протеини. И все пак тази информация не може да бъде извлечена или копирана без помощта на протеини. Коя голяма молекула тогава се появява първа в началото на живота - протеини (пилето) или ДНК (яйцето)?

Едно възможно решение се появи, когато вниманието се премести на нов шампион - РНК. Този универсален клас молекули, подобно на ДНК, се събира от нуклеотидни градивни елементи, но играе много роли в нашите клетки. Някои РНК фериботват информация от ДНК до структури (които сами по себе си са изградени от други видове РНК), които конструират протеини. При изпълнение на различните си задължения РНК може да приеме формата на двойна спирала, която прилича на ДНК, или на сгъната единична верига, подобно на протеин. През 2006 г. Нобеловите награди в областта на химията и медицината бяха наградени за открития относно ролята на РНК в редактирането и цензурирането на инструкции за ДНК. Уорън Е. Лиъри може да напише в Ню Йорк Таймс, че РНК "бързо излиза от сенките на по-добре познатата си ДНК братовчедка".

За много учени в областта на произхода на живота тези сенки са се вдигнали две десетилетия по-рано с откриването на рибозими, подобни на ензими вещества, направени от РНК. Едно просто решение на гатанката за пиле и яйца сега изглежда сякаш на място: Животът започва с появата на първата молекула РНК. В статия от зародиш от 1986 г., лауреатът на Нобелова награда Уолтър Гилбърт от Харвардския университет пише в списание Nature : "Човек може да съзерцава един свят на РНК, съдържащ само молекули на РНК, които служат за катализиране на синтеза на самите себе си. молекули, изпълняващи каталитичните дейности, необходими за да се съберат от нуклеотидна супа. " В тази визия, първата самовъзпроизвеждаща се РНК, излязла от неживата материя, изпълнява функциите, изпълнявани сега от РНК, ДНК и протеини.

Редица допълнителни улики сякаш подкрепят идеята, че РНК се появява преди протеини и ДНК в еволюцията на живота. Много малки молекули, наречени кофактори, играят необходима роля в ензим-катализираните реакции. Тези кофактори често носят свързан РНК нуклеотид без очевидна функция. Тези структури са били смятани за "молекулярни фосили", реликви, произлезли от времето, когато РНК сама, без ДНК или протеини, управлявала биохимичния свят. В допълнение, химиците са в състояние да синтезират нови рибозими, които показват различни ензим-подобни дейности. Много учени откриват идеята за организъм, който разчита на рибозими, а не на протеинови ензими, много привлекателен.

Хипотезата, че животът започва с РНК, се представя като вероятна реалност, а не като спекулация в списания, учебници и медии. Но посочените от мен подсказки само подкрепят по-слабия извод, че РНК предхожда ДНК и протеини; те не дават информация за произхода на живота, който може да е свързан с етапи преди света на РНК, в който другите живи същества управляват върховно. По същия начин и въпреки трудностите, които ще обсъдя в следващия раздел, може би две трети от учените публикуват в областта на произхода на живота (както се преценява от броя на публикациите, публикувани през 2006 г. в списанието Origins of Life and Evolution. на биосферата ) все още подкрепят идеята, че животът започва с спонтанното образуване на РНК или свързана със самокопиране молекула. Объркващо, изследователите използват термина "РНК свят", за да се позоват както на силните, така и на слабите твърдения за ролята на РНК преди ДНК и протеини. Тук ще използвам термина "RNA first" за силното твърдение, че RNA е участвало в произхода на живота.

Каната за супи е празна

Атрактивните черти на RNA World накара Джералд Джойс от Scripps Research Institute и Leslie Orgel от института Salk да го представят като "мечтата на молекулярния биолог" в обем, посветен на тази тема. Използвали са и термина "кошмара на пребиотичния химик", за да опишат друга част от картината: Как възникна тази първа самореплицираща се РНК? Огромните пречки блокират картината на Гилбърт за произхода на живота, достатъчна, за да провокира друг нобелист Кристиан Де Дюв от университета Рокфелер, да пита риторично: "Бог ли е направил РНК?"

Структурните блокове на RNA, нуклеотиди, са сложни вещества като органични молекули. Всяка от тях съдържа захар, фосфат и една от четирите азотсъдържащи основи като под-субединици. По този начин всеки RNA нуклеотид съдържа 9 или 10 въглеродни атома, множество азотни и кислородни атоми и фосфатната група, всички свързани в прецизна триизмерна схема. Съществуват много алтернативни начини за осъществяване на тези връзки, които дават хиляди правдоподобни нуклеотиди, които лесно могат да се присъединят на мястото на стандартните, но които не са представени в РНК. Самият брой е по-малък от стотиците хиляди до милиони стабилни органични молекули с подобен размер, които не са нуклеотиди.

РНК нуклеотидите са познати на химиците поради тяхното изобилие в живота и произтичащата от тях търговска наличност. В една форма на молекулярния витализъм някои учени предполагат, че природата има вродена склонност да произвежда предимно строителни блокове на живота, а не орди от други молекули, които също могат да бъдат извлечени от правилата на органичната химия. Тази идея черпи вдъхновение от добре известен експеримент, публикуван през 1953 г. от Стенли Милър. Той приложи искрово изхвърляне към смес от прости газове, които след това се смятаха, че представляват атмосферата на ранната Земя. Две аминокиселини от комплекта от 20, използвани за конструиране на протеини, се образуват в значителни количества, а други от този набор присъстват в малки количества. (Описанието на експеримента на Милър и химическите структури на аминокиселина и нуклеотид могат да бъдат намерени в "Произход на живота на Земята" от LE Orgel; октомври 1994 г.) Освен това, повече от 80 различни аминокиселини Някои от присъстващите и други, отсъстващи от живи системи, са идентифицирани като компоненти на метеорита на Мърчисън, който е паднал в Австралия през 1969 г. Природата очевидно е била щедра в осигуряването на тези конкретни строителни блокове. Чрез екстраполация на тези резултати някои автори предполагат, че цялата сграда на живота може да се оформи с лекота в експериментите от типа на Милър и да присъства в метеорити и други извънземни тела. Това не е така.

Внимателното проучване на резултатите от анализа на няколко метеорита доведе учените, които проведоха работата, до друго заключение: неживата природа има пристрастие към образуването на молекули, съставени от по-малко, а не от по-голям брой въглеродни атоми, и следователно не показва пристрастия. в полза на създаването на градивни елементи на нашия вид живот. (Когато се произвеждат по-големи молекули, съдържащи въглерод, те са склонни да бъдат неразтворими, несъдържащи водород вещества, които органичните химици наричат ​​катрани.) Наблюдавах подобен модел в резултатите от много експерименти с искрови разряди.

Аминокиселините, като тези, получени или открити в тези експерименти, са далеч по-малко сложни от нуклеотидите. Те определят аминогрупата (азот и два водорода) и групата на карбоксилната киселина (въглерод, два кислорода и водород), прикрепени към един и същ въглерод. Най-простият от 20 използвани за изграждане на естествени протеини съдържа само два въглеродни атома. Седемнадесет от комплекта съдържат шест или по-малко въглени. Аминокиселините и други вещества, които са изпъкнали в експеримента на Милър, съдържат два и три въглеродни атома. От друга страна, никакви нуклеотиди от какъвто и да е вид не са докладвани като продукти на експерименти с искрови разряди или в проучвания на метеорити, нито имат по-малки единици (нуклеозиди), които съдържат захар и база, но нямат фосфат.

За да спасят РНК-първата концепция от този иначе смъртоносен дефект, неговите защитници са създали дисциплина, наречена пребиотичен синтез. Те са се опитали да покажат, че РНК и нейните компоненти могат да бъдат приготвени в техните лаборатории в последователност от внимателно контролирани реакции, които обикновено се извършват във вода при температури, наблюдавани на Земята. Такава последователност ще започне обикновено със съединения на въглерод, които бяха произведени в експерименти с искрови разряди или намерени в метеорити. Наблюдението на конкретно органично химично вещество в каквото и да е количество (дори като част от сложна смес) в един от горните източници би оправдало класификацията му като "пребиотик", вещество, за което се предполага, че е доказано, че присъства на ранната Земя. След като получи тази разлика, химикалът може да се използва в чиста форма, във всяко количество, в друга пребиотична реакция. Продуктите от такава реакция също биха се считали за "пребиотик" и се използват в следващия етап в последователността.

Използването на реакционни последователности от този тип (без никакво позоваване на произхода на живота) отдавна е уважавана практика в традиционната област на синтетичната органична химия. Моят собственик на докторска дисертация Робърт Б. Уудърд бе удостоен с Нобелова награда за блестящите си синтези на хинин, холестерол, хлорофил и много други вещества. Нямаше значение, ако бяха необходими килограми от изходния материал, за да се произведат милиграми от продукта. Въпросът беше демонстрацията, че хората могат да произвеждат, макар и неефективно, вещества, намерени в природата. За съжаление, нито химиците, нито лабораториите присъстваха на ранната Земя, за да произвеждат РНК.

Ще цитирам един пример за пребиотичен синтез, публикуван през 1995 г. от Nature и включен в New York Times . Цитозинът на базата на РНК се приготвя с висок добив чрез загряване на две пречистени химикали в запечатана стъклена тръба при 100 градуса по Целзий за около ден. Един от реактивите, цианоацеталдехид, е реактивно вещество, способно да се комбинира с редица общи химикали, които може да са присъствали в началото на Земята. Тези конкуренти бяха изключени. Необходима бе изключително висока концентрация, за да се убеди другият участник, карбамидът, да реагира с достатъчна скорост, за да може реакцията да успее. Продуктът, цитозин, може да се самоунищожи чрез проста реакция с вода. Когато концентрацията на урея се понижи или реакцията се остави да продължи твърде дълго, всеки произведен цитозин се унищожава впоследствие. Тази деструктивна реакция беше открита в моята лаборатория, като част от продължаващите ми проучвания за увреждане на ДНК върху околната среда. Нашите собствени клетки се справят с това, като поддържат набор от ензими, които се специализират в ремонта на ДНК.

Изключително високата концентрация на урея е рационализирана в хартията на природата, като се използва визията за сушене на лагуни на ранната Земя. В публикувано опровержение изчислих, че голяма лагуна трябва да се изпари до размера на локва, без загуба на съдържанието му, за да се постигне тази концентрация. Днес на Земята не съществува подобна характеристика.

Твърдението на лагуната за сушене не е уникално. В подобен дух други пребиотични химици са призовавали да замръзнат ледникови езера, планински сладководни езера, течащи потоци, плажове, сухи пустини, вулканични водоносни хоризонти и целия глобален океан (замразени или топли, както е необходимо), за да подкрепят изискването си за "нуклеотидна супа" необходим за синтеза на РНК, по някакъв начин са възникнали на ранната Земя.

Аналогията, която идва на ум, е тази на играч на голф, който е играл топка за голф през курс с 18 дупки, след което приема, че топката също може да се играе около курса в негово отсъствие. Той демонстрира възможността за събитието; необходимо е само да се предположи, че някаква комбинация от природни сили (земетресения, ветрове, торнадо и наводнения, например) може да доведе до същия резултат, ако има достатъчно време. Никакъв физически закон не трябва да бъде прекъсван, за да се случи спонтанното формиране на РНК, но шансовете срещу него са толкова огромни, че предложението предполага, че неживият свят има вродено желание да генерира РНК. По-голямата част от учените с произход на живота, които все още поддържат РНК-първата теория, или приемат тази концепция (имплицитно, ако не и изрично) или смятат, че изключително неблагоприятните коефициенти са просто преодолени от късмет.

Прост репликатор?

Много химици, изправени пред тези трудности, са избягали от хипотезата на първата РНК, сякаш тя е била запалена сграда. Една група обаче, все още уловена от визията на самокопиращата се молекула, е избрала изход, който води до подобни опасности. В тези ревизирани теории първо се появява по-прост репликатор и управлява живота в "пред-РНК свят". Предложени са вариации, при които основите, захарта или целият гръбнак на РНК са заменени с по-прости вещества, по-достъпни за пребиотични синтези. Предполага се, че този първи репликатор също би имал каталитичните способности на РНК. Тъй като в съвременната биология досега не е имало следа от този хипотетичен първичен репликатор и катализатор, РНК трябва да е поела напълно всичките си функции в някакъв момент след появата му.

Освен това, спонтанното появяване на всеки такъв репликатор без помощта на химик се сблъсква с неправдоподобности, които затъмняват онези, които участват в подготовката на обикновена нуклеотидна супа. Нека предположим, че една супа, обогатена с градивни елементи на всички тези предложени репликатори, е била някак сглобена при условия, които благоприятстват връзката им с вериги. Те ще бъдат придружени от орди от дефектни строителни блокове, включването на които ще унищожи способността на веригата да действа като репликатор. Най-простата единица с недостатъци би била терминаторът, компонент, който имаше само една "ръка" за свързване, а не двете, необходими за по-нататъшното развитие на веригата.

Няма причина да се предположи, че безразличната природа не би комбинирала произволно единици, произвеждайки огромно разнообразие от хибридни къси, прекъснати вериги, а не много по-дългата геометрия на гръбнака, необходима за поддържане на репликаторни и каталитични функции. Може да се направят изчисления на вероятностите, но аз предпочитам вариация на много използваната аналогия. Представете си горила (много дълги ръце са необходими) на огромна клавиатура, свързана с текстообработваща програма. Клавиатурата съдържа не само символите, използвани на английски и европейски езици, но и огромен излишък от всеки друг език и всички набори от символи, съхранявани в обикновен компютър. Шансовете за спонтанно сглобяване на репликатор в пула I, описан по-горе, могат да бъдат сравнени с тези на композицията горила, на английски, кохерентна рецепта за приготвяне на чили кон карн. С подобни съображения Джералд Джойс от Института за изследване на Скрипс и Лесли Оргел от Института Солк заключиха, че спонтанното появяване на веригите на РНК на безжизнената Земя "би било почти чудо". Бих разширил това заключение до всички предложени заместители на РНК, които споменах по-горе.

Живот с малки молекули

Нобеловият лауреат Кристиан дьо Дув призова за "отхвърляне на невъзможността, така несъизмеримо висока, че те могат да бъдат наречени само чудеса, явления, които попадат извън обхвата на научното проучване." След това ДНК, РНК, протеини и други сложни големи молекули трябва да бъдат отделени като участници в произхода на живота. Неживата природа ни дава разнообразие от смеси от малки молекули, чието поведение се управлява от научни закони, а не от човешка намеса.

За щастие, алтернативна група от теории, които могат да използват тези материали, съществува от десетилетия. Теорията използва термодинамична, а не генетична дефиниция на живота, съгласно схемата, изложена от Карл Саган в Енциклопедия Британика: Локализиран регион, който се увеличава (намалява в ентропията) чрез цикли, движени от енергийния поток, ще се счита за жив. Този подход с малки молекули се корени в идеите на съветския биолог Александър Опарин, а настоящите известни говорители включват Дюве, Фрийман Дайсън от Института за напреднали изследвания, Стюарт Кауфман от Института Санта Фе, Дорон Ланцет от Института Вайцман, Харолд Моровиц от Университета Джордж Мейсън и независимия изследовател Гнтер Ухтершузър. Смятам, че около една трета от химиците, които участват в изследването на произхода на живота, се подчиняват на теории, основаващи се на тази идея. Предложенията за произход от този вид се различават по конкретни детайли; тук ще се опитам да изброя пет общи изисквания (и да добавя свои собствени идеи).

(1) Необходима е граница, за да се отдели животът от не-живот. Животът се отличава със своята голяма степен на организация, но вторият закон на термодинамиката изисква вселената да се движи в посока, в която се увеличава разстройство или ентропия. Все пак вратичката позволява да се намали ентропията в ограничена област, при условие че по-голямо увеличение се наблюдава извън зоната. Когато живите клетки растат и се размножават, те превръщат химическата енергия или радиацията в топлина едновременно. Освободената топлина увеличава ентропията на околната среда, като компенсира намаляването на живите системи. Границата поддържа това разделение на света в джобове на живота и неживата среда, в която те трябва да се поддържат.

Днес сложните двуслойни клетъчни мембрани, изработени от химикали, класифицирани като липиди, отделят живи клетки от околната среда. Когато животът започна, някаква естествена характеристика вероятно е служила на същата цел. Дейвид У. Диймър от Калифорнийския университет, Санта Круз, е наблюдавал мембранни структури в метеорити. Други предложения предполагат естествени граници, които не се използват днес от живота, като железни сулфидни мембрани, минерални повърхности (в които електростатичните взаимодействия отделят избрани молекули от тяхната среда), малки езерца и аерозоли.

(2) Необходим е енергиен източник, който да управлява организационния процес. Ние консумираме въглехидрати и мазнини и ги комбинираме с кислород, който вдишваме, за да се запазим живи. Микроорганизмите са по-гъвкави и могат да използват минерали вместо храната или кислорода. И в двата случая трансформациите, които са включени, се наричат ​​редокс реакции. Те включват прехвърлянето на електрони от електронно богато (или редуцирано) вещество към електронно бедно (или окислено) вещество. Растенията могат директно да улавят слънчевата енергия и да я адаптират към функциите на живота. Други форми на енергия се използват от клетките при специализирани обстоятелства - например разлики в киселинността на противоположните страни на мембраната. Но други, като радиоактивност и резки температурни разлики, могат да бъдат използвани от живота на други места във Вселената. Тук ще разгледам редокс реакциите като енергиен източник.

(3) Механизмът за свързване трябва да свързва отделянето на енергия с организационния процес, който произвежда и поддържа живота. Освобождаването на енергия не води непременно до полезен резултат. Химическата енергия се освобождава, когато бензинът се изгаря в цилиндрите на моя автомобил, но автомобилът няма да се движи, освен ако тази енергия се използва за завъртане на колелата. Необходима е механична връзка или съединител. Всеки ден, в нашите собствени клетки, всеки от нас разгражда паунда на нуклеотид, наречен ATP. Енергията, освободена от тази благоприятна реакция, служи за задвижване на процеси, които са по-неблагоприятни, но необходими за нашата биохимия. Връзката се постига, когато реакциите споделят обикновено междинно съединение, а процесът се ускорява чрез интервенция на ензим. Едно от предположенията на подхода за малки молекули е, че в природата съществуват свързани реакции и примитивни катализатори, достатъчни да започнат живот.

(4) Трябва да се създаде химическа мрежа, която да позволи адаптация и еволюция. Сега стигаме до сърцето на въпроса. Представете си например, че енергийно благоприятната редокс реакция на естествено срещащия се минерал е свързана с превръщането на органичен химикал А в друг В в отделението. Благоприятната, енергийно освобождаваща реакция на минерала, повишаваща ентропията, води до A-B трансформация. Наричам тази ключова трансформация на шофьорска реакция, защото тя служи като двигател, който мобилизира организационния процес. Ако Б просто се връща обратно към А или избяга от отделението, ние няма да бъдем на път, който води до по-голяма организация. За разлика от това, ако многостепенен химически път - да речем, от В до С до D - А - да се превърнат В в А, тогава стъпките в този кръгов процес (или цикъл) биха били предпочитани, защото те попълват снабдяването с А, позволявайки непрекъснато освобождаване на енергия от минералната реакция.

Ако визуализираме цикъла като кръгова железопътна линия, енергийният източник държи влаковете около него по един начин. Всяка станция може също да бъде център за редица клонове, като например една свързваща станция D към друга станция, E. Влаковете могат да пътуват в двете посоки по този клон, като намаляват или увеличават трафика на цикъла. Благодарение на непрекъснатото изчерпване на А, обаче, материалът се изтегля от D до A. Полученото изчерпване на D от своя страна води до изтегляне на материал от E до D. По този начин материалът се "издърпва" по клоновете в централната цикъла, максимизирайки освобождаването на енергия, което съпътства реакцията на водача.

Цикълът може да се адаптира и към променящите се обстоятелства. Като дете бях очарован от начина, по който водата, освободена от изпускащ хидрант, щеше да намери път надолу към най-близкия канал. Ако падащите листа или отпаднали отпадъци блокират тази пътека, водата ще се върне, докато не се открие друг път около препятствието. По същия начин, ако промяната в киселинността или в някаква друга екологична обстановка би трябвало да възпрепятства стъпка в пътя от В към А, материалът щеше да се възстанови, докато не бъде намерен друг път. Допълнителни промени от този тип биха преобразували оригиналния цикъл в мрежа. Изследването на химическия "ландшафт" може да доведе и до съединения, които биха могли да катализират важни стъпки в цикъла, увеличавайки ефективността, с която мрежата е използвала енергийния източник.

(5) Мрежата трябва да расте и да се възпроизвежда. За да оцелее и да расте, мрежата трябва да придобие материал със скорост, която компенсира пътищата, които я премахват. Дифузията на материали от мрежата от отделението във външния свят се благоприятства от ентропията и ще се прояви до известна степен, особено в началото на живота, когато границата е суров, установен от околната среда, а не от една от високоефективните клетъчни мембрани. днес след милиарди години еволюция. Някои странични реакции могат да произведат газове, които излизат или образуват катрани, които ще отпаднат от разтвора. Ако тези процеси заедно трябва да надхвърлят скоростта, с която мрежата получава материал, тогава тя ще бъде погасена. Изчерпването на външното гориво би имало същия ефект. На ранна Земя можем да си представим ситуация, в която се случват много стартиращи предприятия от този тип, включващи много алтернативни реакции на водача и външни енергийни източници. И накрая, един особено издръжлив човек би се утвърдил и поддържал.

В крайна сметка трябва да се развие система за възпроизвеждане. Ако нашата мрежа се помещава в липидна мембрана, тогава физическите сили могат да го разделят, след като е нараснала достатъчно. (Фримън Дайсън описва такава система като "свят за боклук" в контраст с "чистата и красива сцена" на света на РНК.) Система, която функционира в отделение в рамките на един минерал, може да прелива в съседни отделения. Какъвто и да е механизмът, това разпръскване в отделни единици защитава системата от пълно изчезване чрез локализирано разрушително събитие. След като се установят независими звена, те могат да се развиват по различни начини и да се конкурират помежду си за суровини; бихме направили прехода от живота, който възниква от нежива материя, чрез действието на наличен енергиен източник към живота, който се адаптира към околната среда чрез еволюцията на Дарвин.

Промяна на парадигмата

Системите от описания тип обикновено са класифицирани под заглавието "метаболизъм на първо място", което означава, че те не съдържат механизъм за наследственост. С други думи, те не съдържат очевидна молекула или структура, която позволява информацията, съхранена в тях (тяхната наследственост), да се дублира и предава на техните потомци. Въпреки това, колекция от малки елементи съдържа същата информация като списък, който описва елементите. Например, жена ми ми дава списък за пазаруване за супермаркета; събирането на хранителни стоки, които се връщам, съдържа същата информация като списъка. Дорон Ланцет е дал името "композиционен геном" на наследственост, съхранявана в малки молекули, а не в списък като ДНК или РНК.

Подходът на малките молекули към произхода на живота прави няколко изисквания към природата (отделение, външно енергийно снабдяване, реакция на водача, свързана с тази доставка и съществуването на химическа мрежа, която съдържа тази реакция). Тези изисквания обаче са общи по характер и са много по-вероятни от сложните многоетапни пътища, необходими за формиране на молекула, която може да функционира като репликатор.

С течение на годините много теоретични статии са разработили специални схеми за метаболизъм, но сравнително малко експериментални работи са представени в подкрепа на тях. В онези случаи, в които експериментите са публикувани, те обикновено служат, за да покажат достоверността на отделните стъпки в предложен цикъл. Най-голямо количество нови данни може би идват от Gnter Wchtershuser и неговите колеги от Technische Universitt Mnchen. Те са демонстрирали части от цикъла, включващи комбинация и разделяне на аминокиселини, в присъствието на метални сулфидни катализатори. Енергийната движеща сила на трансформациите се осигурява от окислението на въглероден оксид до въглероден диоксид. Те все още не са демонстрирали функционирането на пълен цикъл или неговата способност да се издържат и да претърпят по-нататъшна еволюция. За да се установи валидността на подхода с малка молекула, е необходим експеримент за пушене, показващ тези три характеристики.

Основната първоначална задача е идентифицирането на реакциите на кандидат-водача - малките молекулни трансформации (от А до В в примера преди), които са свързани с изобилен външен енергиен източник (като окисляване на въглероден оксид или минерал). След като е установена правдоподобна реакция на водача, не е необходимо да се уточнява предварително останалата част от системата. Избраните компоненти (включително енергийния източник) плюс смес от други малки молекули, които обикновено се произвеждат от естествени процеси (и вероятно са били в изобилие от ранната Земя), могат да бъдат комбинирани в подходящ реакционен съд. Ако се установи развиваща се мрежа, очакваме концентрацията на участниците в мрежата да се увеличи и да се промени с времето. Могат да се появят нови катализатори, които увеличават скоростта на ключовите реакции, докато неподходящите материали ще намаляват в количество. Реакторът се нуждае от входно устройство, което да позволи попълване на енергийните доставки и суровини, както и изход, който да позволи отстраняването на отпадъчни продукти и химикали, които не са част от мрежата.

В такива експерименти, неуспехите биха били лесно идентифицирани. Енергията може да бъде разсеяна, без да се генерират значителни промени в концентрациите на другите химикали или химикалите могат просто да се превърнат в катран, който да запуши апарата. Един успех може да покаже първоначалните стъпки по пътя към живота. Тези стъпки не трябва да дублират онези, които се случиха на ранната Земя. По-важно е общият принцип да бъде демонстриран и да бъде предоставен за по-нататъшно разследване. Много потенциални пътища към живота могат да съществуват, като изборът е продиктуван от местната среда.

Разбирането на първоначалните стъпки, водещи до живот, не би разкрило конкретните събития, довели до познатите днес организми, базирани на ДНК-РНК-протеин. Въпреки това, тъй като знаем, че еволюцията не предвижда бъдещи събития, можем да предположим, че нуклеотидите първо се появяват в метаболизма, за да служат на някаква друга цел, може би като катализатори или като контейнери за съхранение на химическа енергия (нуклеотидът АТР все още служи на тази функция днес), Възможно е някакво случайно събитие или обстоятелство да доведе до свързване на нуклеотиди с образуване на РНК. Най-очевидната функция на РНК днес е да служи като структурен елемент, който подпомага образуването на връзки между аминокиселините в синтеза на протеини. Първите РНК може да са служили за същата цел, но без никакво предпочитание към специфични аминокиселини. Необходими са много по-нататъшни стъпки в еволюцията, за да се "измислят" разработените механизми за репликация и специфичен протеинов синтез, които наблюдаваме в живота днес.

Ако се потвърди общата парадигма на малките молекули, тогава очакванията ни за мястото на живот във Вселената ще се променят. Силно неправдоподобно начало за живота, както в сценария РНК-първият, предполага вселена, в която сме сами. По думите на покойния Жак Монод, "Вселената не е била бременна с живот, нито с биосферата с човека. Нашият номер се появи в играта Монте Карло." Алтернативата на малките молекули, обаче, е в хармония с възгледите на биолога Стюарт Кауфман: "Ако всичко това е вярно, животът е много по-вероятен, отколкото предполагахме. Не само, че сме у дома във вселената, но сме далеч по-вероятно да го споделят с непознати спътници. "

Робърт Шапиро е професор по химия и старши изследовател в Нюйоркския университет. Той е автор или съавтор на над 125 публикации, предимно в областта на ДНК химията. По-специално, той и неговите колеги са изучавали начините, по които химичните вещества в околната среда могат да увредят наследствения материал, причинявайки промени, които могат да доведат до мутации и рак. През 2004 г. той получава наградата Trotter за информация, сложност и извод. Шапиро е написал четири книги за широката публика: Животът отвъд Земята (заедно с Джералд Файнберг); Произход, Ръководство на скептиците за създаването на живот на Земята ; Човешкият план (за усилието да се прочете човешкият геном); и Планетарни сънища (за търсенето на живот в нашата Слънчева система). Когато не се занимава с научни изследвания, лекции или писане, той се наслаждава на тичане, туризъм, дегустации на вино, театър и пътуване. Женен е и има 35-годишен син.