Критический момент зарождения жизни на Земле воспроизвели в лаборатории: на что он похож

Воссоздав вероятные условия нашей новорожденной планеты, химики соединили РНК и аминокислоты – важнейший первый шаг, который в конечном итоге привел к распространению живых организмов, населяющих сегодня нашу планету. Исследователи считают, что эти экспериментальные условия могут дать важные подсказки о происхождении одной из важнейших биологических взаимосвязей: взаимосвязи между нуклеиновыми кислотами и белками, пишет Science Alert.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Зарождение жизни на Земле

По словам соавтора исследования, химика Мэтью Паунера из Университетского колледжа Лондона, жизнь сегодня использует невероятно сложную молекулярную машину рибосому – для синтеза белков. Для этого механизма требуются химические инструкции, записанные в матричной РНК, которая переносит последовательность генов из ДНК клетки в рибосому. Далее рибосома, подобно конвейеру на заводе, считывает эту РНК и связывает аминокислоты одну за другой, создавая белок.

Команда завершила первую часть этого сложного процесса, используя очень простые химические реакции в воде с нейтральным pH для связывания аминокислот с РНК. Эта химия носит спонтанный, избирательный характер и могла возникнуть на ранней Земле.

Уже известно, что жизнь, должно быть, вырвалась из первозданной земной жижи – в конце концов. Однако до сих пор ученые не уверены в том, как именно это произошло. Одна из ведущих теорий рассматривает РНК как самовоспроизводящуюся нуклеиновую кислоту, которая способна катализировать другие химические реакции благодаря своей способности выполнять механическую работу. Эта теория известна как "гипотеза мира РНК".

Роль РНК в зарождении жизни на Земле

Белки, как известно, не способны к самовоспроизведению, а инструкции по точной последовательности аминокислот закодированы в последовательностях нуклеиновых кислот, таких как РНК. Простыми словами, несмотря на то, что белки играют важную роль во многих биологических процессах, молекулы нуклеиновых кислот служат важнейшим ингредиентом для их синтеза.

И все же, это означает, что двум молекулярным компонентам необходимо было найти способ соединиться во влажных условиях ранней Земли. По словам Паунера, жизнь на нашей планете основана на способности синтезировать белки – они являются ключевыми функциональными молекулами жизни. Именно поэтому понимание происхождения синтеза белка имеет основополагающее значение для понимания происхождения жизни.

В новом исследовании ученые совершили огромный прорыв в этом вопросе, показывающий, как именно РНК могла впервые стать регулятором синтеза белка. Отметим, что ранее было множество попыток воспроизвести естественное слияние аминокислот и РНК. Ученые пришли к выводу, что этот процесс требует высокоэнергетического посредника, а некоторые высокореакционноспособные молекулы не подходят для этой цели, поскольку они склонны распадаться в воде, что приводит к тому, что аминокислоты реагируют друг с другом, а не с РНК.

Зарождение жизни на Земле воспроизвели в лаборатории

Команда под руководством химика Джоти Сингха из Университета колледжа Лондона обратилась к биологии: в качестве посредника использовали тиоэфир. Это высокоэнергетическое и высокореакционноспособное соединение содержит углерод, кислород, водород и серу – четыре из шести элементов, считающихся жизненно важными для жизни.

Уже известно, что тиоэфиры играют важную роль посредника в некоторых биологических процессах и, как считается, в изобилии присутствовали в "первичном органическом бульоне" Земли. Некоторые ученые считают, что их распространение предшествовало появлению мира РНК, что известно как гипотеза мира тиоэфиров.

Команда смоделировали собственный "органический бульон" ранней Земли и обнаружила, что тиоэфир похоже обеспечивал внешнюю энергию для связывания аминокислоты с РНК. Авторы исследования сходятся во мнение, что этот весьма значительный прорыв на самом деле гармонично объединяет две гипотезы: "мир РНК" и "мир тиоэфиров".

Впрочем, ученые признают, что мы все еще далеки от детального и всеобъемлющего понимания происхождения жизни. Новое исследование показывает, что эти компоненты могут объединяться с высокоэнергетическим посредником, далее ученые планируют выяснить, будет ли РНК предпочтительно связываться с определенными аминокислотами.