Сотрудники Университетского колледжа Лондона совершили значительный прогресс в изучении механизма зарождения жизни на Земле, произошедшего приблизительно четыре миллиарда лет назад. Согласно результатам исследования, опубликованному в журнале Nature, было установлено, что два ключевых элемента живых организмов – рибонуклеиновая кислота (РНК) и аминокислоты – способны к самопроизвольному объединению в условиях, характерных для ранней Земли.
Аминокислоты выступают в роли строительных блоков белков, выполняющих важнейшие функции в биохимических процессах живых организмов. Белки не обладают способностью к самостоятельному воспроизводству и нуждаются в инструкциях, которые предоставляет РНК – химическое соединение, родственное ДНК. В современных организмах синтез белков осуществляется рибосомой – сложным молекулярным комплексом, который считывает последовательности РНК и осуществляет связывание аминокислот в определенной последовательности. Однако вопрос о том, как возник этот процесс, долгое время оставался нерешенным.
Прорыв в химии происхождения жизни
Впервые ученым удалось смоделировать начальный этап этого процесса, используя базовую химию в водной среде при нейтральном уровне pH. Им поддалось объединение аминокислот с РНК – спонтанно, без применения высокоактивных веществ, которые ранее приводили к разрушению или вызывали связывание аминокислот между собой, а не с РНК.
Основой достижения успеха стало включение аминокислот посредством тиоэфиров – соединений с высоким энергетическим потенциалом, которые рассматриваются как вероятные участники химических реакций на ранней Земле. В ходе экспериментов аминокислоты взаимодействовали с пантетином, ранее продемонстрированным учеными как вещество, способное формироваться в естественных условиях. Таким образом, исследование объединяет две широко распространенные гипотезы о происхождении жизни: «мир РНК», где ключевую роль играет самовоспроизводящаяся рибонуклеиновая кислота, и «мир тиоэфиров», где энергия химических соединений инициировала первые биохимические процессы.
Первые молекулярные «кирпичики» жизни
Дальнейший этап работы предполагает выяснение механизма избирательного связывания определенных аминокислот РНК, что позволило бы создавать первичные инструкции для синтеза белков – основу генетического кода.
Реакции протекали в условиях, которые могли существовать в небольших водоемах или пресноводных водохранилищах ранней Земли, но не в океанах из-за недостаточной концентрации веществ. Для изучения процесса использовались методы магнитно-резонансной спектроскопии и масс-спектрометрии, позволяющие наблюдать структуру молекул и их объединение в пептиды.
Значение открытия
Несмотря на то, что предстоит выполнить еще значительное количество работы, данное открытие можно считать одним из наиболее важных за последние десятилетия в области изучения происхождения жизни. Оно позволяет ученым приблизиться к пониманию того, как простые молекулы постепенно трансформировались в самовоспроизводящиеся системы.
