От молекул к белкам: сделан шаг к разгадке происхождения жизни на Земле

Ученые из Университетского колледжа Лондона сделали важный шаг в понимании того, как могла зародиться жизнь на нашей планете около четырех миллиардов лет назад. В исследовании, опубликованном в журнале Nature, показано, что два фундаментальных компонента живых систем – РНК (рибонуклеиновая кислота) и аминокислоты – способны спонтанно соединяться в условиях, которые могли существовать на ранней Земле.

Аминокислоты – строительные блоки белков, «рабочих лошадок» жизни, участвующих почти во всех биохимических процессах. Белки сами по себе не могут воспроизводиться и требуют инструкций, которые несет РНК, химический «родственник» ДНК. В современных организмах синтез белков осуществляется рибосомой – сложной молекулярной машиной, которая считывает последовательности РНК и соединяет аминокислоты в точном порядке. Но вопрос, как возник этот процесс, долгое время остается загадкой.

Прорыв в химии происхождения жизни

Ученые впервые смогли воспроизвести начальную стадию этого процесса, используя простую химию в воде при нейтральном pH. Им удалось связать аминокислоты с РНК – спонтанно, без использования крайне реактивных веществ, которые раньше разрушались или заставляли аминокислоты соединяться между собой, а не с РНК.

Ключом к успеху стала активация аминокислот через тиоэфиры – энергетически насыщенные соединения, считающиеся возможными участниками химических процессов на ранней Земле. В экспериментах аминокислоты реагировали с соединением пантетин, которое ученые ранее показали как способное формироваться в природных условиях. Таким образом исследование объединяет две популярные гипотезы происхождения жизни: «мир РНК», где самовоспроизводящаяся РНК играет ключевую роль, и «мир тиоэфиров», где энергия химических соединений запускала первые биохимические реакции.

Первые молекулярные «кирпичики» жизни

Следующий этап работы – выяснить, как РНК могла избирательно связывать определенные аминокислоты, создавая первые инструкции для синтеза белков, что является основой генетического кода.

Реакции происходили в условиях, которые могли существовать в небольших водоемах или озерах ранней Земли, но не в океанах, где концентрации веществ были бы слишком малы. Для наблюдения за процессом ученые использовали методы магнитного резонанса и масс-спектрометрии, позволяющие увидеть структуру молекул и их соединение в пептиды.

Значение открытия

Хотя предстоит еще множество шагов, это открытие – один из важнейших за последние десятилетия в изучении происхождения жизни. Оно приближает ученых к пониманию того, как простые молекулы постепенно превратились в самовоспроизводящиеся системы.