Зарождение жизни на Земле воспроизвели в лаборатории: подробности уникального эксперимента

Зарождение жизни на Земле удалось воспроизвести в правительственных лабораториях

Ученые, возможно, впервые наблюдали в лабораторных условиях спонтанное соединение молекул. Аналогичный процесс около 4 миллиардов лет назад привел к зарождению жизни на Земле .

Об этом пишет Science Alert со ссылкой на публикацию в престижном научном журнале Nature.

Восстановив условия, вероятно, похожие на существовавшие на нашей новорожденной планете, ученые смогли успешно соединить РНК и аминокислоты — два фундаментальных строительных блока, которые в конце концов дали начало всему живому. Это открытие является важным шагом к пониманию происхождения одной из важнейших биологических взаимосвязей между нуклеиновыми кислотами и белками.

Объединение ведущих теорий происхождения жизни

Сегодня жизнь на Земле – это невероятно сложная система, использующая генетические инструкции, записанные в ДНК, для создания белков. Этот процесс благодаря молекулярной машине — рибосоме, считывающей матричную РНК и, подобно укладочной линии, соединяет аминокислоты и таким образом создает белок. Однако, как возникла эта сложная система? Ученые не имеют окончательного ответа, но две ведущие гипотезы приближают нас к истине.

Одна из них, известная как гипотеза «мира РНК» , утверждает, что первой самовоспроизводящейся молекулой была именно РНК. В отличие от белков РНК способна не только сохранять генетическую информацию (как ДНК), но и выполнять функцию катализатора — ускорять химические реакции. Эта двойная функция делает ее идеальным кандидатом в качестве первого ключевого элемента жизни.

В то же время белки, являющиеся основными функциональными молекулами в живых организмах, не могут самовоспроизводиться. Их последовательность закодирована в нуклеиновых кислотах, таких как РНК. Таким образом, оба компонента – РНК и аминокислоты – должны были найти способ соединиться во влажных и горячих условиях ранней Земли.

Другая теория, гипотеза «тиоэфирного мира» , предполагает, что тиоэфиры – высокоэнергетические соединения, содержащие углерод, кислород, водород и серу (четыре из шести элементов, необходимых для жизни) – были ключевым источником энергии для самых первых форм жизни. Считается, что они были в изобилии в так называемом «первоначальном органическом бульоне».

Прорыв в понимании химии жизни

Многие предыдущие попытки воспроизвести природное соединение аминокислот и РНК были неудачными. Этот процесс требует высокоэнергетического посредника, но большинство таких молекул, как оказалось, распадаются в воде. Это приводило к тому, что аминокислоты реагировали только друг с другом, что делало их объединение с РНК практически невозможным.

Исследовательская группа под руководством химика Джети Сингх попыталась использовать тиоэфир в качестве посредника. Это стало настоящим прорывом, поскольку тиоэфир обеспечил необходимую внешнюю энергию, позволившую аминокислотам сочетаться с РНК.

Как объяснил химик Мэтью Паунер из Университетского колледжа Лондона, химическая реакция происходила спонтанно и избирательно, используя «очень простую химию в воде при нейтральном pH». Это те условия, которые, по мнению ученых, могли существовать на ранней Земле.

Этот эксперимент утонченно сочетает две ведущие теории происхождения жизни.

«Наше исследование объединяет две выдающиеся теории происхождения жизни — „мир РНК“, где самовоспроизводящаяся РНК считается фундаментальной, и „тиоэфирный мир“, где тиоэфиры рассматриваются как источник энергии для самых ранних форм жизни», — отметил Паунер.

Будущие исследования происхождения жизни

Несмотря на значительный успех, ученые еще далеки от понимания происхождения жизни. Новое исследование показывает, что РНК и аминокислоты могут соединяться с помощью высокоэнергетического посредника. Следующий шаг – выяснить, будет ли РНК избирательно связываться с определенными аминокислотами, чтобы способствовать возникновению генетического кода.

"Представьте себе день, когда химики смогут взять простые, малые молекулы, состоящие из атомов углерода, азота, водорода, кислорода и серы, и из этих "кирпичиков LEGO" сформировать молекулы, способные к самовоспроизводству", - добавил Джети Сингх.

По его словам, это исследование приближает нас к этой цели и демонстрирует, как два первоначальных «химических кирпичика» (активированные аминокислоты и РНК) могли бы создать пептиды — короткие цепи аминокислот, которые являются основой для всех живых организмов.