В последние годы взгляды на происхождение жизни на Земле переживают настоящий переворот. Забудьте классические схемы с единственным героем — РНК, — потому что ученые из Англии, Шотландии и Польши заставляют нас по-новому взглянуть на тот первый организм, который когда-либо обитал на нашей планете.
Кто на самом деле был предком всех живых существ?
Долгое время с уверенностью считалось, что РНК, эта молекула с функциями и генетического материала, и катализатора, была «первой ласточкой» жизни. В научных кругах идея «мира РНК» считалась чуть ли не истиной в последней инстанции. Однако свежие данные говорят, что ситуация куда более многогранна и интригующа.
Команда профессора Джона Сазерленда заявила: ДНК и РНК могли возникнуть одновременно как партнеры, а не по очереди. В самом деле, эксперименты, подробно описанные в недавно опубликованной статье в Nature, показали, что четыре основания генетического алфавита — две из ДНК и две из РНК — могли существовать вместе в ранних условиях Земли. Более того, эти молекулы формировали устойчивые пары, словно молекулярные «братья и сестры».
Почему мир РНК больше не единственный претендент?
Мир РНК долго удерживал первенство в гипотезах происхождения жизни. Она казалась идеальным кандидатом, сочетая возможность хранить информацию и в то же время катализировать реакции. Но есть серьезные «но».
- Синтез рибозы — ключевого сахара РНК — в условиях древней Земли крайне затруднителен и до сих пор не имеет чётких химических объяснений.
- Формирование сложных нуклеозидов и их сборка в цепи РНК требует специфических условий, которые крайне редки в природе.
Поэтому группа Сазерленда пошла по другому пути — с использованием химической системы на основе цианистого водорода, имитирующей условия ранней Земли. В результате они смогли синтезировать четыре ключевых основания, образующих современный генетический код, причём они принадлежат и РНК, и ДНК одновременно. Это доказывает, что не было «одной звезды» в зарождении жизни — был сложный молекулярный балет.
Что это значит для понимания первого организма?
Если РНК и ДНК действительно возникли вместе и в партнерстве, то первый организм был куда более сложным, чем выраженный в старых книгах образ простейшей молекулы РНК. Можно предположить, что первые формы жизни были гибридом молекул, которые взаимодействовали, дополняли друг друга и постепенно «решали», кто из них возьмёт бразды правления.
По словам Джона Сазерленда, «возможно, у вас был гибрид РНК-ДНК, который привёл к образованию двух отдельный молекул». Именно такая система могла служить предшественником всех живых существ, в том числе и тех, кто сегодня живёт по всему миру, включая Россию — от тайги до степей.
Как ученые получают эти молекулы в лаборатории?
Эксперименты с цианистым водородом не просто дополняют теорию, они создают реальные молекулы, которые могли существовать на Земле миллиарды лет назад. Вот немного «закулисья» их работы:
- Исследователи синтезировали четыре основания генетического кода: цитидин и уридин (РНК), а также дезоксиаденозин и нуклеозин (ДНК).
- Используя соли, такие как нитрит натрия и хлорид магния, которые могли быть повсюду на ранней Земле, ученые моделировали химические реакции и условия, которые приводят к образованию этих молекул.
- Под воздействием кислот и тепла некоторые из этих молекул трансформировались, создавая мостики между РНК и ДНК.
- В результате был получен четырехбуквенный генетический алфавит, у которого каждая буква имела специфического партнера для пары, точно как в современном генетическом коде.
Это важный шаг к пониманию, как первые биомолекулы смогли образовать долговечные структуры, способные к саморепликации — основа любого живого организма.
Что это меняет для науки и России?
Россия как страна с мощной научной школой и огромным потенциалом в биотехнологиях может взять на вооружение эти открытия. Такие подходы к моделированию ранних условий планеты открывают путь к созданию новых биоматериалов, синтетической биологии и даже искусственной жизни. Уже сегодня российские научные центры, включая Институт биохимии РАН и Новосибирский академгородок, активно изучают молекулярные основы жизни — и эти исследования будут им бесценны.
Помимо фундаментальной науки, результаты могут помочь развивать биоинженерию в России, создавая прорывные стартапы и технологии, которые будут востребованы не только на отечественном рынке, но и за рубежом.
Итоги: что мы знаем о первом живом организме?
- Первый организм не был однозначно представлен одной молекулой — РНК или ДНК.
- Возможно, он был гибридом, где молекулы ДНК и РНК сосуществовали, взаимодействовали и дополняли друг друга.
- Первые молекулярные основы генетического кода могли возникнуть из базовых компонентов, доступных на ранней Земле, благодаря химическим реакциям с цианистым водородом и минералами.
- Новые данные бросают вызов классическим теориям и открывают двери для новых направлений в биологии и биотехнологиях.
Всё это звучит как сюжет захватывающего научно-фантастического романа, однако это реальные данные от лучших химиков и биологов со всего мира, вдохновляющих миллионы в том числе и российских исследователей.
Вопрос к читателям блога
А что вы думаете — стоит ли полностью отказаться от идеи мира РНК или наука ещё может открыть новые тайны, которые объяснят всю эту загадку зарождения жизни? Поделитесь своим мнением в комментариях!
Рекомендуем почитать
- Тайна самоликвидирующихся трупов в моргах России