В поисках предков РНК

Популярная теория, названная «РНК-миром», утверждает, что РНК «изобрела» белки и, в конечном счете, ДНК. Но остается вопрос - а откуда взялась РНК?

0

Исследователи из Технологического института Джорджии, возможно, добились успеха в определении источников происхождения жизни. Они обнаружили три различные молекулы, которые могут формировать молекулярную структуру с особенностями, характерными для современной РНК.

Откуда взялась РНК?

РНК – или рибонуклеиновая кислота – выполняет инструкции, закодированные в ДНК. Современная наука считает, что эта молекула появилась на Земле до появления ДНК. Многие ученые считают, что нуклеиновые кислоты – NA и РНК – сыграли ключевую роль в происхождении жизни. Популярная теория, названная «РНК-миром», утверждает, что РНК «изобрела» белки и, в конечном счете, ДНК. Но остается вопрос – а откуда взялась РНК? Некоторые исследователи предполагают, что химические или биологические процессы постепенно превратили какую-то более раннюю молекулу в РНК. Другие ученые придерживаются мнения, что РНК появилась в результате какой-то неферментативной геохимической реакции. Это похоже на дискуссию о курице и яйце: какой биологический процесс мог создать центральный строительный блок для самой жизни? И если процесс не был биологическим, то что это было и как это произошло?

Новое исследование продолжает традиции эксперимент 1953 года Миллера-Юри, в котором два ученых смоделировали условия ранней Земли, использовав смесь газов и электрический ток для имитации молний. В ходе этого эксперимента были получены аминокислоты. Это поддержало идею о том, что биологические молекулы могут спонтанно возникать из небиологических при определенных условиях. Несмотря сделанный по результатам эксперимента вывод, задача разработки сценария, при котором небиологические реакции создают РНК, до сих пор оставалась нерешенной.

Предки РНК, потерянные во времени

Один из авторов исследования, биохимик доктор Николас Хад отмечает, что многие критерии формирования РНК часто означают, что если исследователи предлагают решение одной проблемы, возникает другая проблема (или две). Звенья цепочки РНК, которые называются нуклеотидами, состоят из четырех оснований: аденина (А), цитозина (С), гуанина (G) и урацила (U), а также рибозы. Лесли Оргель, который был автором идеи «РНК-Мира», считал что решение проблемы того, как именно РНК появилась из более ранней молекулы, ключевой задачей науки о происхождения жизни. Исследователи решили, что настало время принять этот вызов.

Проведенный в 2008 году эксперимент, подобный эксперименту Миллера-Юри, показал появление гораздо большего количества небиологических молекул, чем считалось ранее. Это подкрепляет гипотезу авторов о том, что молекулы, необходимые для жизни, существовали на ранней и еще необитаемой Земле. Но поскольку они не играют главную роль в поддержании жизни, которую знаем сейчас, ученые не выяснили, какие роли играли эти молекулы миллиарды лет назад.

По словам Худа, эти молекулы были «вероятно, очень особенными, потому что молекулы, о которых мы знаем, не обладают свойствами, указывающими что они могут начать жизнь». Эти неизвестные молекулы также могут дать ответы на другие вопросы о происхождении жизни.

Появление РНК из более ранней генетической молекулы, или прото-РНК, должна была быть постепенной, и каждая новая итерация должна была бы обладать обратной совместимостью, «как, например, обновленный компьютер все еще должен иметь возможность читать файлы со старых компьютеров», – говорит Худ. Сегодня РНК и ДНК используют водородные связующие пары для передачи информации. Таким образом, молекулы, не образующие одни и те же или аналогичные базовые пары, никогда бы не работали, что привело исследователей к поиску «молекул, которые самоизбирались или выделялись на ранней Земле в какой-то структуре, которая помогла бы им быть включенными в прото-РНК», – добавляет ученый.

Поиск исходных молекул

Так какими же были эти изначальные молекулы, из которых состоял предок РНК? Чтобы определить это, исследователи изучали реакции в условиях, имитирующих циклы дождя и испарения на ранней Земле. После многих неудачных экспериментов они идентифицировали три молекулярных кандидата для оснований прото-РНК: барбитуровую кислоту, меламин и 2,4,6-триаминопиримидин. Реакции с этими молекулами и рибозой давали нуклеозиды, которые представляют собой составные молекулы, близкие к субъединицам РНК.

Предыдущие попытки получить существующие основания РНК с рибозой в условиях ранней Земли, которые были смоделированы в ходе экспериментов, либо не удались, либо выход нуклеозидов был очень низок. Однако в случае с барбитуровой кислотой исследователи получили выход нуклеозидов 82%. Кроме того, меламин и молекулы триаминопиримидина спонтанно образовали нуклеозиды с выходом более 50%. Доктор Нилс Леман, профессор химии в Портлендском государственном университете и главный редактор журнала «Молекулярная эволюция», считает, что исследование «обеспечивает дальнейшую поддержку теории «РНК-Мира», предоставляя правдоподобную серию событий, и определяя возможных родоначальников земной биохимии.

Происхождение жизни в других мирах

Понимание того, как сформировалась РНК, может помочь в поиске внеземной жизни. «Мы можем получить ценную информацию о ключевых проблемах, которые необходимо преодолеть, чтобы жизнь появилась из неживой материи», – утверждает Леман.

Знания о том, как возникает жизнь, могут помочь ученым определить, где и как искать жизнь в других местах Вселенной. По словам Худа, аминокислоты и химические соединения, такие как цианистый водород, обнаруженный в кометах, могут приводить к образованию оснований РНК. Такая реакция будет «вполне естественной, и не выглядит странной или необычной», – говорит он. Подобные процессы могут происходить на других планетах, и на признаки их существования должны обратить ученые при поиске самых ранних этапов возникновения жизни в других мирах.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Этот сайт использует куки. Вы можете отказаться, если хотитеПринятьПрочитать больше

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: