НовостиПрирода

Новое захватывающее открытие приближает нас к происхождению жизни


В исследовании сообщается, что рибонуклеиновая кислота (РНК), аналог ДНК, которую многие считают первым генетическим материалом жизни, спонтанно образуется на стекле базальтовой лавы. Это открытие оставляет некоторые вопросы без ответа, но дает удивительно простой ответ на один из самых сложных научных вопросов.

Окаменелости свидетельствуют о том, что жизнь появилась на Земле около 3,7 миллиарда лет назад, всего через несколько сотен миллионов лет после образования нашей планеты. Как это произошло — один из самых больших научных вопросов нашего времени. Чтобы попытаться ответить на этот вопрос, многие исследователи обращаются к РНК, которая считается возможным наследственным материалом этих ранних организмов.

Эта молекула может выполнять два различных процесса, жизненно важных для жизни. Как и ДНК, она состоит из четырех химических букв, которые могут нести генетическую информацию. Кроме того, РНК, как и белки, может катализировать химические реакции, необходимые для жизни.

Однако до сих пор никто не нашел набор пребиотических условий, достаточных для того, чтобы сотни букв РНК связались в достаточно длинные нити. Они необходимы для поддержания сложной химии, необходимой для запуска дарвиновской эволюции, отсюда и интерес данного исследования, опубликованного в журнале Astrobiology.

Базальтовое стекло в качестве катализатора

Стивен Мойжиш, геолог из Исследовательского центра астрономии и наук о Земле Венгерской академии наук, недавно задался вопросом, могло ли базальтовое стекло играть ключевую роль в этом сложном процессе. Это объясняется тем, что базальтовое стекло богато такими металлами, как магний и железо, которые способствуют многим химическим реакциям. Более того, мы знаем, что базальтовое стекло было повсеместно распространено на молодой Земле.

«В течение нескольких сотен миллионов лет после образования Луны частые удары в сочетании с обильным вулканизмом на молодой планете формировали расплавленную базальтовую лаву, источник базальтового стекла«, — объясняет исследователь. «Воздействие также испарило воду на сухую землю, обеспечив водоносные слои, где могли образоваться РНК».

Исследовательская интуиция была очень хорошей. Лабораторные исследования действительно показали, как эти камни могут помочь отдельным буквам РНК, называемым нуклеозидтрифосфатами, связываться в длинные нити.

Не требуется экстремальных условий

В Фонд прикладной молекулярной эволюции было отправлено несколько различных образцов базальтового стекла. Там команда под руководством молекулярного биолога Элизы Бионди измельчала каждый образец в мелкий порошок, затем стерилизовала его и смешивала с раствором нуклеозидтрифосфатов.

Без присутствия стеклянного порошка буквы РНК не связывались. Однако при смешивании со стеклянными порошками молекулы соединялись в длинные нити из нескольких сотен букв. Не требовалось ни тепла, ни света. «Все, что нам оставалось делать, — это ждать«, — пишет биолог. Небольшие нити РНК образовались уже через день, а некоторые продолжали расти в течение нескольких месяцев.

Никаких экстремальных условий не требовалось. Исследователи продемонстрировали впечатляющую скорость синтеза молекул РНК длиной от 90 до 150 нуклеотидов при температуре всего 25 °C и рН 7,5. Некоторые нити были даже достаточно длинными, чтобы включать в себя до трехсот нуклеотидов.

Согласно расчетам, небольшой район столкновения на поверхности молодой Земли, содержащий всего несколько тонн расколотого, пропитанного водой стекла, мог бы производить почти грамм РНК в день.

Эти интригующие результаты вызывают другие вопросы. Один из них — как вообще могли возникнуть нуклеозидтрифосфаты. Некоторые исследования показывают, что нуклеозиды могли быть доставлены на раннюю Землю из космоса с помощью метеоритов. Никель, в изобилии содержащийся в некоторых метеоритах, мог катализировать этот материал для образования трифосфатов.

Более важной проблемой является форма этих длинных нитей РНК. В современных клетках ферменты превращают большинство РНК в длинные линейные цепи. Здесь исследователи признают, что в их экспериментах было получено небольшое количество разветвлений. Однако команда отмечает, что некоторые разветвленные РНК существуют в организмах и сегодня, и что соответствующие структуры могли существовать на заре жизни.

Back to top button