Ученые показывают, как четыре различные буквы этого генетического алфавита могут быть созданы из простых молекул-предшественников на ранней Земле - в одинаковых условиях окружающей среды.
Эволюция имеет свою историю: Прежде чем жизнь могла сформироваться на тогда еще молодой планете, первые простые строительные блоки должны были быть созданы около четырех миллиардов лет назад, которые положили начало ее формированию.
При каких условиях и каким образом такие молекулы объединились для образования более сложных генетических полимеров, способных реплицироваться - предшественников современной ДНК? Ученые, теперь могут объяснить еще один, решающий, шаг в этой химической эволюции, предшествовавший биологической филогении.
В своей новой работе они предлагают каскад химических реакций, в котором четыре различных компонента наследственной молекулы РНК могут быть произведены в одинаковых ранних земных условиях: изначальный суп, приготовленный в одной кастрюле, так сказать.
До сих пор существовали два конкурирующих маршрута, которые требовали различных геохимических условий на ранних стадиях развития Земли. Один приводит к образованию так называемых пиримидинов, букв С (цитозин) и U (урацил) в алфавите РНК, другой к A (аденин) и G (гуанин), пурины. Теперь ученые наконец-то создали все четыре генетических компонента, которые, возможно, положили начало новой жизни.
Соответственно, простейших химических ингредиентов и условий реакции, обнаруженных на Земле миллионы лет назад, например, на геотермальных полях с вулканической активностью недр или в мелководных прудах, было достаточно для сохранения синтеза структурных элементов РНК в течение целого ряда этапов реакции.
В качестве исходных материалов для экспериментов, которые должны были имитировать пребиотические условия, были использованы такие простые вещества, как аммиак, карбамид и муравьиная кислота. Ему также нужны соли, такие как нитриты и карбонаты, а также металлы, такие как железо и цинк, которые в больших количествах присутствуют в земной коре. Цепочка химических реакций определяется только влажно-сухими циклами, вызванными, например, гидротермальными источниками или периодами засухи или дождей.
Ученые называют это "прорывом". Интересно посмотреть, насколько сравнительно однородны условия реакции для отдельных этапов синтеза. Достаточны даже небольшие колебания физических параметров, такие как легкий нагрев или охлаждение, или переход от слабокислотной среды к слегка щелочной.
Есть несколько сложных молекул, которые могут быть произведены в таких узких реакционных диапазонах. Такие простые рамочные условия, сделали еще более вероятным, что эти каскады реакций и, таким образом, решительный шаг в химической эволюции мог произойти на ранних стадиях развития Земли.