Вчені зрозуміли головну таємницю зародження життя на Землі
Опубликованно 24.01.2020 02:38
Коли народилася Земля, це був справжній хаос. Метеори і грози, ймовірно, бомбардували поверхню планети, де ніщо, крім неживих хімікатів, не могло вижити. Як життя сформувалася в цьому хімічному хаосі - загадка мільярдів років. Тепер нове дослідження пропонує докази того, що перші будівельні блоки, можливо, відповідали їх середовищі.
Життя будується з трьох основних компонентів: РНК, ДНК і білки - генетичний код яких програмує, як запускати і відтворювати клітини. Швидше за все, у перших клітинах їх було всього три штуки. З часом вони росли і розмножувалися, щоб створити різноманітність життя сьогодні.
Але спочатку РНК, ДНК або білки повинні були сформуватися без своїх партнерів. Одна загальна теорія, відома як гіпотеза "світу РНК", припускає, що, оскільки РНК, на відміну від ДНК, може самовідтворюватися, ця молекула, можливо, з'явилася першою. У той час як недавні дослідження виявили, як нуклеотиди молекули - A, C, G і U, які утворюють її основну ланцюг - могли утворитися з хімічних речовин, доступних на ранній Землі, деякі вчені вважають, що процес, можливо, не був таким простим шляхом.
Кілька років тому наївна ідея про те, що пули чистих концентрованих рибонуклеотидов могли бути присутніми на примітивній Землі, була осміяна Леслі Оргелем як "Мрія молекулярного біолога", - сказав Джек Шостак, лауреат Нобелівської премії, професор хімії і хімічної біології, хімії та генетики в Гарвардському університеті, і дослідник в Медичному інституті Говарда Хьюза. "Але як щодо сучасна гомогенна РНК могла з'явитися з гетерогенної суміші різних вихідних матеріалів, невідомо".
У статті, опублікованій в журналі Американського хімічного товариства, Шостак і його колеги представляють нову модель виникнення РНК. Замість чистого шляху він і його команда пропонують Франкенштейн-подібний початок з РНК, зростаючої із суміші нуклеотидів зі схожою хімічною структурою: арабино-деоксі - і рибонуклеотиды (ANA, ДНК і РНК).
У хімічному плавильному котлі Землі маловірогідно, що ідеальна версія РНК формується автоматично. Набагато більш імовірно, що багато версій нуклеотидів злилися, утворюючи клаптеві молекули з шматочками як сучасної РНК і ДНК, так і в значній мірі неіснуючих генетичних молекул, таких як ANA. Ці химери, можливо, були першими кроками до сьогоднішньої РНК і ДНК.
"Сучасна біологія спирається на відносно однорідні будівельні блоки для кодування генетичної інформації", - сказав Сохьюн Кім, постдокторский дослідник в області хімії і перший автор статті. Отже, якщо Шостак і Кім праві, і молекули Франкенштейна прийшли першими, чому вони перетворилися в гомогенну РНК?
Кім піддав їх перевірці: він зіставив потенційні первинні гібриди з сучасної РНК, вручну копіюючи химери, щоб імітувати процес реплікації РНК. Він виявив, що чистий РНК краще, ефективніше, точніше і швидше, ніж її гетерогенні аналоги. В іншому дивовижне відкриття Кім виявив, що химерні олигонуклеотиды, такі як АNА і ДНК, могли допомогти РНК розвинути здатність копіювати себе. Було доведено, що деякі з цих варіантів рибонуклеотидов сумісні або навіть корисні для копіювання шаблонів РНК.
Якщо б більш ефективна рання версія РНК відтворювалася швидше, ніж її гібридні аналоги, то з часом вона обганяла б своїх конкурентів. Це те, що теоретизує команда Шостака у первісному супі: гібриди виросли в сучасні РНК і ДНК, які потім випередили своїх предків і, врешті-решт, заволоділи світом.
"Не потрібно початкового пулу чистих будівельних блоків", - сказав Шостак. "Внутрішня хімія копіювання РНК з часом призведе до синтезу все більш і більш однорідних фрагментів РНК. Причина цього, як чітко показав Сохьюн, полягає в тому, що коли різні види нуклеотидів конкурують за копіювання матриці, завжди виграють РНК нуклеотиди, і синтезується РНК, а не якісь споріднені види нуклеїнових кислот".
Поки що команда перевірила лише частина можливих варіантів нуклеотидів, доступних на ранній Землі.
Нагадаємо, раніше повідомлялося, що біологи висунули нову теорію зародження життя.
Хочете знати важливі та актуальні новини раніше за всіх? Підписуйтесь на Bigmir)net на Facebook і Telegram.
Категория: Технологии