Химики воссоздали момент зарождения жизни в лабораторных условиях

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.

фото: Наталия Губернаторова

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 <span class="wp-tooltip" title="Обобщенная форма отражения индивидом общественно-исторического опыта Запечатлено в схемах действий понятиях социальных ролях нормах и ценностях Система значений индивида обусловливает управление процессами его деятельности" 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».

Источник