Учёные из Кембриджского университета (Великобритания) совместно с коллегами из США экспериментально доказали, что короткие молекулы РНК способны катализировать собственное воспроизведение в условиях, похожих на замерзающий первичный бульон. Работа опубликована в Science.
В чём проблема гипотезы «мира РНК»
Согласно популярной теории, жизнь началась с молекул РНК, которые умели и хранить информацию, и катализировать реакции. Но ранее учёным удавалось создать только длинные РНК (150–200 оснований), которые копировали друг друга. Они не могли возникнуть спонтанно из химического «супа» — слишком сложны.
Что сделали сейчас
Исследователи пошли другим путём:
- Взяли триллионы случайных последовательностей РНК.
- Проводили эксперимент при низких температурах (замораживание-оттаивание).
- Логика: при замерзании вода вытесняет примеси, концентрируя нуклеотиды и соли в тонких каналах между кристаллами льда. Это создаёт идеальные условия для синтеза.
Как заставили РНК работать
Проблема: в холоде большинство РНК сворачиваются и становятся катализаторами, но для копирования им нужно быть развёрнутыми.
Решение: добавили особые строительные блоки — триплеты слитых нуклеотидов, которые удерживают матричную цепь в открытой конфигурации. В результате:
- Часть РНК остаётся открытой для копирования.
- Другие служат катализаторами.
Результат
Нашли три молекулы РНК длиной всего около 45 нуклеотидов, которые смогли скопировать себя, используя комплементарные матрицы.
Это уже достаточно короткие цепи, которые могли возникнуть спонтанно на ранней Земле.
Что пока не удалось
Проверить полный цикл (одна РНК синтезирует комплементарную, та — исходную) не успели: при низких температурах синтез одной цепи занимает 72 дня. Но авторы уверены: в природе циклы замерзания-оттаивания повторялись многократно, что давало достаточно времени.
Значение
- Впервые показано, что короткие РНК (а не только длинные) могут выполнять ключевые функции репликации.
- Подтверждается гипотеза «холодного старта» жизни: лёд концентрировал реагенты и защищал молекулы от разрушения.
- Это приближает нас к пониманию, как из неживой химии могла возникнуть первая самовоспроизводящаяся система.