Ученые поняли главную тайну зарождения жизни на Земле

Опубликованно 27.02.2020 06:03

Когда Земля родилась, это был настоящий хаос. Метеоры и грозы, вероятно, бомбардировали поверхность планеты, где ничто, кроме безжизненных химикатов, не могло выжить. Как жизнь сформировалась в этом химическом хаосе - загадка миллиардов лет. Теперь новое исследование предлагает доказательства того, что первые строительные блоки, возможно, соответствовали их среде.

Жизнь строится из трех основных компонентов: РНК, ДНК и белки - генетический код которых программирует, как запускать и воспроизводить клетки. Скорее всего, в первых клетках их было всего три штуки. Со временем они росли и размножались, чтобы создать разнообразие жизни сегодня.

Но сначала РНК, ДНК или белки должны были сформироваться без своих партнеров. Одна общая теория, известная как гипотеза "мира РНК", предполагает, что, поскольку РНК, в отличие от ДНК, может самовоспроизводиться, эта молекула, возможно, появилась первой. В то время как недавние исследования обнаружили, как нуклеотиды молекулы - A, C, G и U, которые образуют ее основную цепь - могли образоваться из химических веществ, доступных на ранней Земле, некоторые ученые полагают, что процесс, возможно, не был таким простым путем.

Несколько лет назад наивная идея о том, что пулы чистых концентрированных рибонуклеотидов могли присутствовать на примитивной Земле, была осмеяна Лесли Оргелем как "Мечта молекулярного биолога", - сказал Джек Шостак, лауреат Нобелевской премии, профессор химии и химической биологии, химии и генетики в Гарвардском университете, и исследователь в Медицинском институте Говарда Хьюза. "Но как относительно современная гомогенная РНК могла появиться из гетерогенной смеси различных исходных материалов, неизвестно".

В статье, опубликованной в журнале Американского химического общества, Шостак и его коллеги представляют новую модель возникновения РНК. Вместо чистого пути он и его команда предлагают Франкенштейн-подобное начало с РНК, растущей из смеси нуклеотидов со схожей химической структурой: арабино-деокси- и рибонуклеотиды (ANA, ДНК и РНК).

В химическом плавильном котле Земли маловероятно, что идеальная версия РНК формируется автоматически. Гораздо более вероятно, что многие версии нуклеотидов слились, образуя лоскутные молекулы с кусочками как современной РНК и ДНК, так и в значительной степени несуществующих генетических молекул, таких как ANA. Эти химеры, возможно, были первыми шагами к сегодняшней РНК и ДНК.

"Современная биология опирается на относительно однородные строительные блоки для кодирования генетической информации", - сказал Сохьюн Ким, постдокторский исследователь в области химии и первый автор статьи. Итак, если Шостак и Ким правы, и молекулы Франкенштейна пришли первыми, почему они превратились в гомогенную РНК?

Ким подверг их проверке: он сопоставил потенциальные первичные гибриды с современной РНК, вручную копируя химеры, чтобы имитировать процесс репликации РНК. Он обнаружил, что чистая РНК лучше, эффективнее, точнее и быстрее, чем ее гетерогенные аналоги. В другом удивительном открытии Ким обнаружил, что химерные олигонуклеотиды, такие как АNА и ДНК, могли помочь РНК развить способность копировать себя. Было доказано, что некоторые из этих вариантов рибонуклеотидов совместимы или даже полезны для копирования шаблонов РНК.

Если бы более эффективная ранняя версия РНК воспроизводилась быстрее, чем ее гибридные аналоги, то со временем она обгоняла бы своих конкурентов. Это то, что теоретизирует команда Шостака в первозданном супе: гибриды выросли в современные РНК и ДНК, которые затем опередили своих предков и, в конце концов, завладели миром.

"Не требовалось первоначального пула чистых строительных блоков", - сказал Шостак. "Внутренняя химия копирования РНК со временем приведет к синтезу все более и более однородных фрагментов РНК. Причина этого, как четко показал Сохьюн, состоит в том, что когда разные виды нуклеотидов конкурируют за копирование матрицы, всегда выигрывают нуклеотиды РНК, и синтезируется РНК, а не какие-либо родственные виды нуклеиновых кислот".

Пока что команда проверила только часть возможных вариантов нуклеотидов, доступных на ранней Земле.

Напомним, ранее сообщалось, что биологи выдвинули новую теорию зарождения жизни.

Хотите знать важные и актуальные новости раньше всех? Подписывайтесь на Bigmir)net в Facebook и Telegram.

Категория: Наука