Таємниця походження життя: вчені відкрили механізм, який міг усе змінити

Теорія РНК-світу: з чого все починалося

Одним із головних пояснень появи життя на Землі є теорія "первинного бульйону". Вона припускає, що перші прості цеглинки життя утворилися з неорганічних сполук у первісному океані.

Проте постає питання: яка саме молекула стала першою?

Більшість учених схиляється до РНК (рибонуклеїнової кислоти). На відміну від своєї "сестри" ДНК, молекула РНК є надзвичайно гнучкою. Вона здатна не лише зберігати інформацію, а й згортатися у тривимірні форми - рибозими.

Такі рибозими працюють подібно до білкових ферментів: вони можуть прискорювати хімічні реакції.

Досі залишалося загадкою, як первісні молекули РНК захищалися від руйнівного впливу довкілля та "заліковували" розриви у своєму ланцюжку. Нове дослідження довело, що вони могли робити це самотужки.

Схема "РНК-світу" (джерело: Kristian Le Vay & Hannes Mutschler / Wikimedia Commons)

Молекулярний "клей": як працює нововідкритий рибозим

Проводячи лабораторні експерименти зі штучної еволюції молекул, вчені шукали РНК, здатну "зшивати" фрагменти докупи. Натомість вони випадково відкрили рибозим, який спеціалізується саме на потрібних "ремонтних" роботах.

Працює цей механізм за простим та ефективним алгоритмом:

Пошук поломки: коли нитка РНК розривається, на її кінці утворюється фосфатна група - це своєрідний хімічний "маркер пошкодження".

Розпізнавання: нововідкритий рибозим знаходить це місце за специфічною послідовністю нуклеотидів.

Ремонт: за допомогою іонів магнію,які допомагають молекулам прийняти правильне положення у просторі, рибозим прискорює реакцію склеювання розриву у 100 тисяч разів, створюючи міцний місток.

Цікаво, що під час "ремонту" утворюється особливий хімічний зв'язок (2'-5'-зв'язок), який майже не зустрічається у сучасних живих організмах. Проте експерименти показали, що такий шов є цілком безпечним і не заважає молекулі виконувати її функції.

Чому це важливо для науки?

Це відкриття дає вагомий доказ на користь того, що на ранній Землі існував повноцінний "РНК-світ".

У ньому одна й та сама молекула одночасно виступала і носієм інформації, і будівельником, і ремонтником, забезпечуючи життєдіяльність перших найпростіших організмів.

Окрім розгадки таємниць еволюції, відкритий рибозим може принести практичну користь людству вже сьогодні.

Перспектива для медицини: багато небезпечних хвороб, включаючи вірусні інфекції та деякі види раку, змушують клітини виробляти дефектні, патологічні РНК.

Оскільки новий рибозим вміє безпомилково розпізнавати специфічні послідовності пошкодженої РНК. На його основі вчені сподіваються створити надточні системи ранньої діагностики та лікування важких захворювань.

Що ще відомо про походження життя на Землі?

Космічний слід: основи для побудови ДНК та РНК не обов'язково утворилися на Землі - їхні сліди регулярно знаходять у зразках ґрунту з астероїдів Рюґу та Бенну.

Перші білки: хімікам уже вдалося відтворити в лабораторії процес, за якого амінокислоти самостійно чіплялися за нитку РНК - саме так колись виникли перші білкові молекули.

Генератори еволюції: стимулювати появу першої органіки з неорганічних речовин могли мікроблискавки в атмосфері старої Землі, а перші клітинні оболонки навколо молекул формувалися за допомогою звичайного кремнію.