Життя на Землі могла з'явитися в результаті гібрида молекул ДНК і РНК

ДНК, можливо, змішалася з РНК, щоб справити першу життя на Землі

Незважаючи на невдалі спроби створити життя в лабораторних умовах, вченим вдалося дізнатися, що в основі життя лежать дві основні форми генетичного коду – молекули ДНК і РНК, які містяться в клітинах всіх живих організмів, будучи основою всієї земної біології. Згідно з поширеною гіпотезою, РНК сформувала основу біосфери Землі задовго до того, як з'явилися ДНК і інші важливі для життя молекули. Проте трудність створення рибозы а потім її з'єднання з іншими молекулами в умовах, що приблизно існували на ранній Землі, є головним недоліком ідеї РНК. З цієї причини учені шукали більш ймовірні способи отримання рибозных цукрів. Як показали результати нового дослідження, ДНК і РНК могли існувати на планеті ще до виникнення життя. Але як таке можливо?

Основа життя на Землі

Використовуючи хімічну систему на основі ціаністого водню, призначену для імітації умов на ранній Землі, міжнародна команда вчених з Англії, Шотландії та Польщі отримала так зване «підстава» – чотири молекулярні «літери» генетичного алфавіту. Всі разом ці підстави утворюють генні послідовності, які клітини потім переводять у білки. Як з'ясувалося в ході ряду послідовних експериментів, два з чотирьох отриманих підстав були виявлені у формі ДНК, а два інших – у РНК. Дослідження в журналі Nature.

Робота на чолі з Джоном Сазерлендом з Лабораторії молекулярної біології медичного дослідницького ради в Кембриджі ще більше підриває популярну гіпотезу РНК, згідно з якою ДНК з'явилася саме завдяки РНК. Однак до теперішнього часу було знайдено дуже мало свідчень того, що хімічні шляху перетворення РНК можуть призвести до утворення ДНК. Люди схильні думати про РНК як про батька ДНК. Але результати роботи припускають, що ДНК і РНК є молекулярними братами і сестрами, – вважає Джон Сазерленд, провідний автор дослідження.

Як з'явилося життя на Землі?

Вчені намагаються з'ясувати починаючи з 1950-х років. Саме тоді американські дослідники Стенлі Міллер і Гарольд Юрі провели епохальний експеримент. Пара імітувала вплив блискавки в атмосфері і океані ранньої Землі, викликаючи електричні розряди в колбах, що містять водень, воду, аміак і метан. Хоча їх експеримент справив органічні молекули, життєво важливі для біохімії, упродовж десятиріч інші дослідники обговорювали правдоподібність умов проведеного експерименту.

Появу життя на Землі – одне з головних питань сучасної науки

Тим не менше, робота Міллера і Юрі показала, що отримати важливі речовини – наприклад, амінокислоти, які з'єднуються для формування білків, що виконують безліч функцій в живих клітинах – досить просто. Особливе значення для досліджень походження життя має той факт, що білки можуть виступати в якості каталізаторів, посилюючи і прискорюючи інші хімічні реакції, які в іншому разі були б занадто повільними або неефективними. І все ж, білки – не єдині можливі каталізатори виникнення життя на Землі.

У роботі, яка в кінцевому підсумку принесла вченим Нобелівську премію з хімії 1989 року, молекулярний біолог Сідней Альтман і біохімік Томас Чех виявили, що РНК – довгий час вважалася лише проміжним носієм генетичної інформації, підпорядкованої ДНК — може також вести себе як каталізатор. Гіпотеза РНК припускає, що такі молекули можуть самовідтворюватися, забезпечуючи ранню еволюцію до появи ДНК і білків. Однак ідея «світу РНК» була надмірно захопленої реакцією на блискуче відкриття.

Як Scientific American, щоб створити довгі ланцюжки ДНК, підстави спочатку з'єднуються з «хребтом» молекул цукру. Ці комбінації утворюють нуклеозиди: дезоксирибонуклеотиды в ДНК і рибонуклеозиды в РНК, які утворюють єдину спіраль. Нуклеозиди — це гликозиламины, містять азотисту основу, пов'язане з цукром. Нуклеозиди використовують не столовий цукор або сахарозу, а швидше рибозу в РНК та дезоксирибозу в ДНК. Відмінність між двома типами цукру дуже незначно: всього один атом кисню і один атом водню. Однак відмінності цього достатньо, щоб ДНК і РНК мали різні біологічні ролі.

Атоми, з яких складається все живе на планеті, з'явилися в результаті вибуху наднових зірок

В ході роботивчені змішали деякі проміжні молекули з попередніх досліджень з солями – нітритом натрію та хлоридом магнію, які могли бути поширені на первісній Землі, а потім піддали їх кислотних умов і теплу відповідно. З допомогою цих кроків дослідники знайшли два можливі способи додати четверте підстава – менш поширений нуклеозид інозин. Цього виявилося достатньо, щоб створити четырехбуквенный генетичний алфавіт, в якому кожну підставу в молекулярній ланцюжку взаємодіє виключно з однією з трьох інших літер у другій ланцюжку – так працюють сучасні РНК і ДНК. Але в експерименті дві букви прийшли з РНК, а дві – з ДНК.

Як вважає Сазерленд, люди схильні думати, що РНК передує ДНК, а потім якимось чином захоплюється нею. Це передбачає, що життя могла виникнути гібрида РНК-ДНК, який потім міг дати початок двом окремим молекулам. Однак команда Сазерленда ще не зібрала окремі нуклеозиди і рибонуклеозиды в більш довгі ланцюжки. Це важливо, тому що демонстрація того, що гібридні нитки дійсно можуть утворюватися і зв'язуватися з партнерської ниткою, має вирішальне значення для на Землі. Що ж, побажаємо дослідникам удачі і будемо чекати продовження досліджень! Як думаєте, як і чому зародилося життя на нашій планеті?