До жизни существовала РНК: ученые из Университета Людвига-Максимилиана (LMU) в Мюнхене показывают, как четыре разные буквы этого генетического алфавита могли быть созданы из простых молекул-предшественников на ранней Земле - в тех же условиях окружающей среды.
Эволюция имеет свою историю: до того, как на тогда еще молодой планете могла сформироваться жизнь, около четырех миллиардов лет назад должны были быть созданы первые простые строительные блоки, которые привели ее в движение. При каких условиях и каким образом такие молекулы объединились, чтобы сформировать более сложные генетические полимеры, способные воспроизводить себя - предшественников сегодняшней ДНК? Ученые, работающие с профессором Томасом Кареллом из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (LMU), теперь могут объяснить еще один, если не решающий, шаг в этой химической эволюции, предшествовавший биологической филогенезе. Об этом сообщают в журнале Science.
В своей новой работе Томас Карелл и его команда предлагают каскад химических реакций, в которых все четыре различных компонента наследственной молекулы РНК могут быть получены в одинаковых условиях на ранней Земле: первобытный бульон, сваренный в одном котле, так сказать. До сих пор было два конкурирующих пути, которые требовали разных геохимических условий на ранней Земле. Один ведет к построению так называемых пиримидинов, букв С (цитозин) и U (урацил) в алфавите РНК, другой к А (аденину) и G (гуанину), пуринам. Команда Карелла уже описала путь реакции с последними молекулами в предыдущей статье. Теперь мюнхенские ученые, наконец, создали все четыре генетических строительных блока, которые могли дать толчок жизни.
Соответственно, простейших химических ингредиентов и условий реакции, подобных тем, которые были обнаружены на Земле миллионы лет назад на геотермальных полях с подпочвенной вулканической активностью или, например, в неглубоких водоемах, было достаточно, чтобы поддерживать синтез строительных блоков РНК., пройдя целую серию стадий реакции. Исходными материалами для экспериментов, призванных имитировать пребиотические условия, были такие простые вещества, как аммиак, мочевина и муравьиная кислота. Ему также нужны соли, такие как нитриты и карбонаты, а также такие металлы, как железо и цинк, которые в больших количествах присутствуют в земной коре. Цепь химических реакций приводилась в движение только циклами влажный-сухой, например, вызванными гидротермальными источниками или периодами засухи или дождя.
Thomas Carell называет это «прорывом». Интересно, насколько сравнительно однородны условия реакции на отдельных стадиях синтеза. Достаточно даже небольших колебаний физических параметров, таких как умеренное нагревание или охлаждение или переход от слабокислой к слабощелочной реакционной среде. «Немногие сложные молекулы могут быть получены в таких узких полосах реакции», - говорит химик LMU. Такие простые базовые условия, заключает он, делают более вероятным, что эти каскады реакций и, таким образом, решающий шаг в химической эволюции могли иметь место на ранней Земле.