Зародження життя на Землі відтворили в лабораторії: подробиці унікального експерименту

Зародження життя на Землі вдалося відтворити в уовах лабораторії

Вчені, можливо, вперше спостерігали в лабораторних умовах спонтанне з’єднання молекул. Аналогічний процес близько 4 мільярдів років тому призвів до зародження життя на Землі.

Про це пише Science Alert з посиланням на публікацію в престижному науковому журналі Nature.

Відтворивши умови, ймовірно, схожі на ті, що існували на нашій новонародженій планеті, вчені змогли успішно поєднати РНК та амінокислоти — два фундаментальні будівельні блоки, які врешті-решт дали початок усьому живому. Це відкриття є важливим кроком до розуміння походження одного з найважливіших біологічних взаємозв’язків: між нуклеїновими кислотами та білками.

Об’єднання провідних теорій походження життя

Сьогодні життя на Землі — це неймовірно складна система, що використовує генетичні інструкції, записані в ДНК, для створення білків. Цей процес відбувається завдяки молекулярній машині — рибосомі, яка зчитує матричну РНК і, подібно до укладальної лінії, з’єднує амінокислоти і таким чином створює білок. Проте як виникла ця складна система? Науковці не мають остаточної відповіді, але дві провідні гіпотези наближають нас до істини.

Одна з них, відома як гіпотеза «світу РНК», стверджує, що першою самовідтворюваною молекулою була саме РНК. На відміну від білків, РНК здатна не лише зберігати генетичну інформацію (як ДНК), але й виконувати функцію каталізатора — прискорювати хімічні реакції. Ця подвійна функція робить її ідеальним кандидатом на роль першого ключового елемента життя.

Водночас білки, які є основними функціональними молекулами в живих організмах, не можуть самовідтворюватися. Їхня послідовність закодована в нуклеїнових кислотах, як-от РНК. Таким чином, обидва компоненти — РНК та амінокислоти — мали знайти спосіб з’єднатися у вологих і гарячих умовах ранньої Землі.

Інша теорія, гіпотеза «тіоефірного світу», припускає, що тіоефіри — високоенергетичні сполуки, що містять вуглець, кисень, водень та сірку (чотири з шести елементів, необхідних для життя) — були ключовим джерелом енергії для найперших форм життя. Вважається, що вони були в достатку в так званому «первісному органічному бульйоні».

Прорив у розумінні хімії життя

Багато попередніх спроб відтворити природне з’єднання амінокислот і РНК були невдалими. Цей процес вимагає високоенергетичного посередника, але більшість таких молекул, як виявилося, розпадаються у воді. Це призводило до того, що амінокислоти реагували лише одна з одною, що робило їхнє об’єднання з РНК практично неможливим.

Дослідницька група під керівництвом хіміка Джьоті Сінгх спробувала використати тіоефір як посередник. Це стало справжнім проривом, оскільки тіоефір забезпечив необхідну зовнішню енергію, що дозволила амінокислотам поєднатися з РНК.

Як пояснив хімік Метью Паунер з Університетського коледжу Лондона, хімічна реакція відбувалася спонтанно і вибірково, використовуючи «дуже просту хімію у воді при нейтральному pH». Це саме ті умови, які, на думку вчених, могли існувати на ранній Землі.

Цей експеримент витончено поєднує дві провідні теорії походження життя.

«Наше дослідження об’єднує дві видатні теорії походження життя — „світ РНК“, де самовідтворювана РНК вважається фундаментальною, і „тіоефірний світ“, де тіоефіри розглядаються як джерело енергії для найраніших форм життя», — зазначив Паунер.

Майбутні дослідження походження життя

Попри значний успіх, вчені ще далекі від повного розуміння походження життя. Нове дослідження демонструє, що РНК та амінокислоти можуть з’єднуватися за допомогою високоенергетичного посередника. Наступний крок — з’ясувати, чи буде РНК вибірково зв’язуватися з певними амінокислотами, щоб сприяти виникненню генетичного коду.

«Уявіть собі день, коли хіміки зможуть взяти прості, малі молекули, що складаються з атомів вуглецю, азоту, водню, кисню та сірки, і з цих „цеглинок LEGO“ сформувати молекули, здатні до самовідтворення», — додав Джьоті Сінгх.

За його словами, це дослідження наближає нас до цієї мети та демонструє, як дві первісні «хімічні цеглинки» (активовані амінокислоти та РНК) могли б створити пептиди — короткі ланцюги амінокислот, які є основою для всіх живих організмів.