Скорее всего, первая жизнь на Земле была основана на РНК

Д. Кастельвекки

Если Томас Карелл прав, то около 4 миллиардов лет назад большая часть Земли могла быть покрыта серовато-коричневым минералом. Однако это был необычный камень: он состоял из кристаллов органических молекул, которые ученые теперь называют A, U, C и G. И некоторые из них, согласно теории, позже будут служить строительными блоками РНК, двигателя эволюции. первых живых организмов до того, как появилась ДНК.

Карелл, химик-органик, и его сотрудники продемонстрировали химический путь, который - в принципе - мог образовывать A, U, C и G (аденин, урацил, цитозин и гуанин, соответственно) из основных ингредиентов, таких как вода и азот в условиях условия, которые были бы правдоподобными на ранней Земле. По словам Карелла, в результате реакций образуется такое количество нуклеиновых оснований, что тысячелетие за тысячелетием они могли накапливаться в толстых корках. Его команда описывает результаты в журнале Science 3 октября.




По словам Карелла из Мюнхенского университета Людвига Максимилиана, полученные результаты подтверждают гипотезу «мира РНК». Эта идея предполагает, что жизнь возникла из самовоспроизводящихся генов, основанных на РНК, и лишь позже организмы развили способность хранить генетическую информацию в ДНК, близком родственнике молекулы. «Химия» также является «убедительным свидетельством» того, что появление жизни на основе РНК не было исключительно удачным событием, но могло произойти на многих других планетах, добавляет он.

В предыдущей работе в 2016 году команда Карелла обнаружила химические реакции, в результате которых спонтанно образовывались азотистые основания A и G. Отдельная группа провела аналогичное доказательство принципа для двух других, U и C в 2009 году. Но эти два пути казались несовместимыми друг с другом, требуя разных условий, таких как разные температуры и pH.

Теперь команда Карелла показала, как все азотистые основания могут образовываться в одном наборе условий: два отдельных пруда, которые сменяют друг друга в зависимости от сезона, переходя от влажного к сухому, от горячего к холодному и от кислого к щелочному, и с химическими веществами, которые иногда текут из одного пруд в другой. Сначала исследователи позволили простым молекулам реагировать в горячей воде, а затем позволили полученной смеси остыть и высохнуть, образуя на дне остаток, содержащий кристаллы двух органических соединений.




Затем они снова добавили воду, и одно из соединений растворилось и было смыто в другой резервуар. Отсутствие этой водорастворимой молекулы позволило другому соединению вступить в дальнейшие реакции. Затем исследователи снова смешали продукты, и в результате их реакций образовались азотистые основания.

«Эта статья чудесным образом продемонстрировала химический состав, необходимый для того, чтобы вы могли производить все нуклеозиды РНК», - говорит Раманараянан Кришнамурти, химик из Scripps Research в Ла-Хойя, Калифорния. Но он и другие исследователи часто предупреждают, что этот и аналогичные результаты основаны на ретроспективе и могут не дать надежного руководства относительно того, как на самом деле развивалась жизнь.

Следующая серьезная проблема, которую хочет решить Карелл, - это то, какие реакции могли привести к образованию сахарной рибозы, которая должна соединиться с азотистыми основаниями, прежде чем сможет образоваться РНК.

Источники

1. Becker, S. et al. Science 366, 76–82 (2019).

• Becker, S. et al. Science 352, 833–836 (2016).
• Паунер М. В., Герланд Б. и Сазерленд, JD Nature 459, 239–242 (2009).