Ученые впервые нашли убедительные доказательства того, что РНК и ДНК могли возникнуть из одного и того же набора молекул-предшественников еще до того, как жизнь на Земле развилась около четырех миллиардов лет назад.
Открытие, опубликованное 1 апреля в журнале Nature Chemistry, предполагает, что первые живые существа на Земле могли использовать как РНК, так и ДНК, как это делают сейчас все клеточные формы жизни. Напротив, преобладающая научная точка зрения - гипотеза «мира РНК» - состоит в том, что ранние формы жизни были основаны исключительно на РНК и только позже развились, чтобы производить и использовать ДНК.
«Эти новые данные свидетельствуют о том, что химикам может быть неразумно так сильно руководствоваться гипотезой мира РНК в исследовании происхождения жизни на Земле», - говорит соруководитель исследования Раманарайан Кришнамурти, доктор философии, доцент. химии в Scripps Research.
Кришнамурти и его лаборатория работали над исследованием вместе с лабораторией Джона Сазерленда, доктора философии, из Лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований Великобритании в Кембридже, в рамках сотрудничества Фонда Саймонса в Нью-Йорке по изучению происхождения Жизнь.
РНК (рибонуклеиновая кислота) и ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) химически очень похожи, но химикам так и не удалось показать, как одно могло быть преобразовано в другое на ранней Земле, кроме как с помощью ферментов. продуцируемые ранними организмами. Частично из-за отсутствия продемонстрированного дожизненного или «добиотического» химического пути, соединяющего РНК с ДНК, исследователи в этой области были склонны думать, что более простой и универсальный путь, РНК, был основой для первых формы жизни - или, по крайней мере, на ранней стадии жизни до появления ДНК. РНК способна хранить генетическую информацию так же, как ДНК, способна катализировать биохимические реакции, как белковые ферменты, и в противном случае, вероятно, могла бы выполнять основные биологические задачи, которые были необходимы в первых формах жизни.
Хотя исследователи происхождения жизни в последние десятилетия в значительной степени приняли гипотезу мира РНК, Сазерленд, Кришнамурти, Джек Шостак из Гарварда и другие накопили доказательства того, что РНК и ДНК могли возникнуть более или менее одновременно. в первых формах жизни.
К примеру, в исследовании, опубликованном в 2017 году, Кришнамурти и его коллеги из Scripps Research определили соединение, которое, вероятно, присутствовало на добиотической Земле и могло выполнять важнейшую задачу связывания строительных блоков РНК в более крупные цепочки. как нити РНК - и мог бы сделать то же самое для строительных блоков ДНК и белков.
В новом исследовании ученые объединили результаты этого исследования с недавними выводами Сазерленда и его лаборатории о соединении под названием тиуридин. Последний, вероятно, присутствовал на Земле до возникновения жизни и мог быть химическим предшественником нуклеозидных строительных блоков ранних РНК. Команда показала, что за несколько этапов химической реакции, которые, вероятно, могли произойти в добиотическом мире, они могли преобразовать этот предшественник строительного блока РНК в строительный блок ДНК - дезоксиаденозин, который образует букву «А». в современном четырехбуквенном коде ДНК. В качестве альтернативы они могли преобразовать тиуридин в дезоксирибозу, которая очень тесно связана с дезоксиаденозином и, возможно, также была предшественником ранних строительных блоков ДНК..
Находка должна помочь ученым принять возможность того, что ДНК и РНК возникли вместе и были включены в первые формы жизни. Некоторые исследователи, в том числе Сазерленд, предположили, что РНК и ДНК могли даже быть смешаны вместе, чтобы образовались первые гены. В настоящее время известно, что такой организм не встречается в природе, но в недавней статье Питера Шульца из Scripps Research, доктора философии, и его коллег описана сконструированная бактерия, которая может выжить с генами, состоящими из смеси РНК/ДНК.
Кришнамурти подозревает, что, как бы ни возникала жизнь, РНК и ДНК с их соответствующими достоинствами и недостатками быстро рассортировались бы в довольно строгом разделении труда, наблюдаемом сегодня во всех клетках: ДНК для стабильного долгосрочного хранения генетической информации. информации, а РНК - для своего специального набора задач, включая краткосрочное хранение и транспортировку генетической информации и создание белков.
«Это начало осознания в этой области того, что РНК и ДНК могли быть сначала смешаны вместе, но позже разделены в зависимости от того, что они делают лучше всего», - говорит Кришнамурти.