Наша доисторическая Земля, бомбардированная астероидами и молниями, изобилующая пузырящимися геотермальными бассейнами, сегодня может показаться не гостеприимной. Но где-то в химическом хаосе нашей ранней планеты все-таки зародилась жизнь. Как? На протяжении десятилетий ученые пытались создать в лаборатории миниатюрные копии молодой Земли. Там они охотятся за первичными ингредиентами, из которых созданы основные строительные блоки для жизни.
Охотиться за историей нашего происхождения - это интересно. Но эта погоня может принести больше, чем просто острые ощущения. Знание того, как Земля построила свои первые клетки, может помочь нам в поисках внеземной жизни. Если мы определим ингредиенты и среду, необходимые для возникновения спонтанной жизни, мы сможем искать подобные условия на планетах по всей нашей вселенной.
Сегодня большая часть исследований происхождения жизни сосредоточена на одном конкретном строительном блоке: РНК. В то время как некоторые ученые считают, что жизнь сформировалась из более простых молекул и только позже развилась РНК, другие ищут доказательства, подтверждающие (или опровергающие), что РНК образовалась первой. Сложная, но универсальная молекула, РНК хранит и передает генетическую информацию и помогает синтезировать белки, что делает ее подходящим кандидатом на роль основы первых клеток.
Чтобы проверить эту «гипотезу мира РНК», исследователи сталкиваются с двумя проблемами. Во-первых, им нужно определить, какие ингредиенты реагировали на создание четырех нуклеотидов РНК - аденина, гуанина, цитозина и урацила (A, G, C и U). И, во-вторых, им нужно определить, как РНК хранит и копирует генетическую информацию, чтобы воспроизводить себя.
На данный момент ученые добились значительного прогресса в поиске предшественников C и U. Но A и G остаются неуловимыми. Теперь в статье, опубликованной в PNAS, Джек В. Шостак, профессор химии и химической биологии Гарвардского университета, вместе с первым автором и аспирантом Сохён (Крис) Ким предполагают, что РНК могла начаться с другого набора нуклеотидных оснований.. Вместо гуанина в РНК мог быть использован суррогат - инозин.
Наше исследование предполагает, что самые ранние формы жизни (с A, U, C и I) могли возникнуть из другого набора азотистых оснований, чем те, которые обнаружены в современной жизни (A, U, C и G), - сказал Ким. Как он и его команда пришли к такому выводу? Лабораторные попытки создать A и G, нуклеотиды на основе пуринов, дали слишком много нежелательных побочных продуктов. Однако недавно исследователи открыли способ получения версий аденозина и инозина - 8-оксо-аденозин и 8-оксо-инозин - из материалов, доступных на первобытной Земле. Итак, Ким и его коллеги решили выяснить, может ли РНК, построенная с использованием этих аналогов, эффективно реплицироваться.
Но запасные не сработали. Как пирог, испеченный с медом вместо сахара, конечный продукт может выглядеть и иметь похожий вкус, но он не работает так же хорошо. Медовик горит и тонет в жидкости. 8-оксопуриновая РНК по-прежнему работает, но теряет скорость и точность, необходимые для самокопирования. Если он воспроизводится слишком медленно, он распадается до завершения процесса. Если он делает слишком много ошибок, он не может служить верным инструментом для размножения и эволюции.
Несмотря на свою неадекватную эффективность, 8-оксо-пурины преподнесли неожиданный сюрприз. В рамках теста команда сравнила способности 8-оксо-инозина с контрольным препаратом, инозином. В отличие от своего 8-оксо-аналога, инозин позволял РНК реплицироваться с высокой скоростью и с небольшим количеством ошибок. «Оказывается, он демонстрирует разумную скорость и точность реакций копирования РНК», - заключила команда.«Мы предполагаем, что инозин мог служить заменителем гуанозина на ранних стадиях возникновения жизни».
Открытие Шостака и Кима может помочь обосновать гипотезу мира РНК. Со временем их работа может подтвердить основную роль РНК в истории нашего происхождения. Или ученые могут обнаружить, что ранняя Земля предлагала несколько путей для развития жизни. В конце концов, вооружившись этим знанием, ученые смогут идентифицировать другие планеты, содержащие необходимые ингредиенты, и определить, разделяем ли мы эту вселенную или действительно одиноки.