Вчені відтворили критичний момент у створенні життя: про що мова
Однією з найбільш інтригуючих загадок науки залишаєтся питання, як на Землі виникло життя. Ймовірно, вченим нарешті вдалося відтворити в лабораторних умовах спонтанне злиття молекул, що призвело до появи життя на первозданній Землі близько 4 мільярдів років тому.
Як пише видання Science Alert, дослідники, відтворивши можливі умови нашої зовсім юнрої планети, поєднали РНК і амінокислоти. Вважається, що це і був перший крок, який зрештою призвів до поширення живих організмів, які сьогодні населяють всю Землю.
Ця експериментальна робота може дати важливі підказки про походження одного з найважливіших біологічних взаємозв'язків: взаємозв'язку між нуклеїновими кислотами та білками. "Сучасне життя використовує для синтезу білків надзвичайно складну молекулярну машину – рибосому. Цій машині потрібні хімічні інструкції, записані в матричній РНК, яка переносить послідовність генів ДНК з ДНК клітини в рибосому. Потім рибосома, подібно до заводського конвеєра, зчитує цю РНК і з'єднує амінокислоти одну за одною, створюючи білок", – пояснює хімік Метью Паунер з Університетського коледжу Лондона.
Саме першу частину цього складного процесу і завершили хіміки. Для цього вони провели дуже прості хімічні реакції у воді з нейтральним pH для зв'язування амінокислот з РНК. Вважається, що саме ці спонтанні хімічні реакції і породити життя на ранній Землі.
Тим не менше, вчені досі до кінця не уявляють, як воно зародилось і розвивалось. Одна з теорій розглядає РНК як самовідтворювану нуклеїнову кислоту, яка, завдяки своїй здатності виконувати механічну роботу, може каталізувати інші хімічні реакції. Це відомо як гіпотеза світу РНК.
Відомо, що білки не можуть самореплікуватися. Інструкції для точної послідовності амінокислот закодовані в послідовності нуклеїнових кислот, таких як РНК. Таким чином, хоча білки відіграють ключову роль у багатьох біологічних процесах, молекули нуклеїнових кислот є найважливішою матрицею для їх синтезу. Проте це означає, що двом молекулярним компонентам необхідно було знайти спосіб з'єднатися у вологих умовах ранньої Землі.
"Життя ґрунтується на здатності синтезувати білки – це ключові функціональні молекули життя. Розуміння походження синтезу білка має основне значення для розуміння походження живого", – каже Паунер. Виконане дослідження він назвав великим кроком до цієї мети. За його словами, робота показує, як РНК могла вперше стати регулятором синтезу білка.
Насправді подібне дослідження було проведено не вперше. Вчені здійснили безліч спроб відтворити природну коагуляцію амінокислот та РНК. Цей процес вимагає високоенергетичного посередника, і попередні дослідження показали, що деякі високореакційні молекули не підходять для цієї мети, оскільки вони схильні розпадатися у воді, що призводить до реакції амінокислот одно з одною, а не з РНК.
Під керівництвом хіміка Джоті Сінгха з Університетського коледжу Лондона дослідницька група спиралася на біологію. Як медіатор реакції вони використовували тіоефір – високоенергетичне, високореакційно з'єднання, що містить вуглець, кисень, водень і сірку – чотири з шести елементів, які вважаються найбільш важливими для життя.
Відомо, що тіоефіри відіграють ключову проміжну роль у деяких біологічних процесах і, як вважають, були у достатній кількості представлені в "первинному органічному бульйоні". Деякі вчені вважають, що їхнє поширення передувало появі світу РНК, що відомо як гіпотеза світу тіоефірів.
У своєму змодельованому органічному бульйоні дослідники виявили, що тіоефір забезпечував необхідну зовнішню енергію для зв'язування амінокислоти з РНК – дуже значний прорив, який гармонійно поєднує дві гіпотези. "Наше дослідження поєднує дві відомі теорії походження життя – "світ РНК", де самореплікована РНК вважається фундаментальною, і "світ тіоефірів", в якому тіоефіри розглядаються як джерело енергії для ранніх форм життя", – говорить Паунер.
Втім, вчені зазначають, що вони все ще дуже далекі від детального та всеосяжного розуміння походження життя. Тим не менше, нове дослідження показує, що ці компоненти можуть взаємодіяти з участю високоенергетичного посередника. Наступний крок — з'ясувати, чи РНК переважно зв'язуватиметься з певними амінокислотами, що полегшить виникнення генетичного коду. "Уявіть собі день, коли хіміки зможуть взяти прості, невеликі молекули, що складаються з атомів вуглецю, азоту, водню, кисню та сірки, та з цих деталей, як із Lego, сформувати молекули, здатні до самовідтворення. Це стане монументальним кроком до вирішення питання про походження життя", – каже Сінгх.
За словами вченого, проведене його командою дослідження, наближає науку до цієї мети. Воно демонструє, як два первинні хімічні елементи (активовані амінокислоти і РНК) могли побудувати пептиди - короткі ланцюжки амінокислот, необхідні для виникнення життя.
Раніше OBOZ.UA розповідав про дослідження, яке показало, що кінець світу може настати раніше, ніж вважали.
Підписуйтесь на канали OBOZ.UA в Telegram і Viber, щоб бути в курсі останніх подій.