Химики воссоздали момент зарождения жизни в лабораторных условиях
Впервые показано возникновение связи между генетической информацией и синтезом белков
Ученым впервые удалось воссоздать в лаборатории ключевой химический процесс, который, вероятно, привел к возникновению жизни на Земле около четырех миллиардов лет назад. С помощью простых реакций в воде им удалось соединить молекулы РНК и аминокислоты, которые положили начало всему биологическому разнообразию.
тестовый баннер под заглавное изображение
Спонтанное слияние молекул, которое привело к возникновению жизни на изначальной Земле около 4 миллиардов лет назад, наконец-то удалось наблюдать в лаборатории. Воссоздав вероятные условия на новорожденной планете, химики соединили вместе РНК и аминокислоты — первый важный шаг, который приведет к распространению живых организмов, которые сегодня населяют всю Землю.
Химик Мэтью Паунер объясняет, что современная жизнь использует чрезвычайно сложную молекулярную машину (рибосому) для синтеза белков.
«Эта машина требует химических инструкций, записанных в информационной РНК, которая переносит последовательность генов из клеточной ДНК в рибосому. Затем рибосома, подобно заводской сборочной линии, считывает эту РНК и связывает аминокислоты одну за другой, создавая белок», — рассказывает эксперт. Ученым же удалось завершить первую часть этого сложного процесса, используя очень простую химию в воде с нейтральным рН для связывания аминокислот с РНК. Эта химия является спонтанной, избирательной и могла возникнуть на ранней Земле.
Одно из растущих научных направлений рассматривает РНК как самовоспроизводящуюся нуклеиновую кислоту, которая благодаря своей способности выполнять механическую работу может катализировать и другие химические реакции. Это известно как гипотеза о мире РНК. Белки не могут самовоспроизводиться, а инструкции по точному расположению аминокислот в них закодированы в последовательностях нуклеиновых кислот, таких как РНК.
Паунер подчеркивает, что жизнь зависит от способности синтезировать белки – они считаются ключевыми функциональными молекулами организма. Поэтому понимание происхождения синтеза белка имеет фундаментальное значение для понимания того, откуда взялась жизнь.
По словам химиков, было предпринято много попыток воспроизвести естественное слияние аминокислот и РНК. Прошлые исследования показали, что некоторые высокореактивные молекулы не подходят для этой цели, поскольку они имеют тенденцию разрушаться в воде, в результате чего аминокислоты вступают в реакцию друг с другом, а не с РНК.
Исследовательская группа, возглавляемая химиком Джиоти Сингхом, вместо этого использовала биологические методы. В качестве посредника они использовали высокоэнергетическое химически активное соединение тиоэфир, содержащее углерод, кислород, водород и серу (четыре из шести элементов, которые считаются жизненно важными для жизни). Известно, что тиоэфиры играют ключевую роль посредника в некоторых биологических процессах, и считается, что их было много в «первичном органическом бульоне». Некоторые ученые полагают, что их распространение предшествовало появлению мира РНК, что известно как гипотеза о мире тиоэфиров.
Паунер отмечает, что их исследование объединяет две известные теории происхождения жизни – «мир РНК», где самореплицирующаяся РНК считается фундаментальной, и «мир тиоэфиров», в котором тиоэфиры рассматриваются как источник энергии для самых ранних форм жизни.
«Чтобы было понятно, мы все еще довольно далеки от детального, всеобъемлющего понимания происхождения жизни, — поясняет Джиоти Сингх. — Однажды химики смогут взять простые, маленькие молекулы, состоящие из атомов углерода, азота, водорода, кислорода и серы, и из этих деталей конструктора сформировать молекулы, способные к самовоспроизведению».