Тайна происхождения жизни: ученые открыли механизм, который мог все изменить
Ученые получили новые подтверждения того, что первые молекулы РНК могли без помощи других "ремонтировать" себя еще до возникновения сложных белков. Открытие может помочь объяснить один из ключевых этапов зарождения жизни на Земле.
Об этом информирует РБК-Украина со ссылкой на научное исследование, опубликованное в Nature Communications.
Теория СНК-мира: с чего все начиналось
Одним из главных объяснений появления жизни на Земле является теория "первичного бульона". Она предполагает, что первые простые кирпичики жизни образовались из неорганических соединений в первобытном океане.
Однако возникает вопрос: какая именно молекула стала первой?
Большинство ученых склоняется к РНК (рибонуклеиновой кислоте). В отличие от своей "сестры" ДНК, молекула РНК чрезвычайно гибка. Она способна не только хранить информацию, но и сворачиваться в трехмерные формы - рибозимы.
Такие рибозимы работают подобно белковым ферментам: они могут ускорять химические реакции.
До сих пор оставалось загадкой, как первоначальные молекулы РНК защищались от разрушающего воздействия окружающей среды и "залечивали" разрывы в своей цепочке. Новое исследование показало, что они могли делать это своими силами.
Схема "РНК-мира" (источник: Kristian Le Vay & Hannes Mutschler / Wikimedia Commons)
Молекулярный "клей": как работает новооткрытый рибозим
Проводя лабораторные эксперименты по искусственной эволюции молекул, ученые искали РНК, способную "сшивать" фрагменты вместе. Они случайно открыли рибозим, который специализируется именно на нужных "ремонтных" работах.
Работает этот механизм по простому и эффективному алгоритму:
Поиск поломки: когда нить РНК разрывается, на ее конце образуется фосфатная группа - это своеобразный химический "маркер повреждения".
Распознавание: новооткрытый рибозим находит это место по специфической последовательности нуклеотидов.
Ремонт: с помощью ионов магния, помогающих молекулам принять правильное положение в пространстве, рибозим ускоряет реакцию склеивания разрыва в 100 тысяч раз, создавая крепкий мостик.
Интересно, что во время "ремонта" образуется особая химическая связь (2'-5'-связь), которая почти не встречается в современных живых организмах. Однако эксперименты показали, что такой шов вполне безопасен и не мешает молекуле выполнять ее функции.
Почему это важно для науки?
Это открытие дает веское доказательство в пользу того, что на ранней Земле существовал полноценный "РНК-мир".
В нем одна и та же молекула одновременно выступала и носителем информации, и строителем, и ремонтником, обеспечивая жизнедеятельность первых простейших организмов.
Помимо разгадки тайн эволюции открытый рибозим может принести практическую пользу человечеству уже сегодня:
Перспектива для медицины: многие опасные болезни, включая вирусные инфекции и некоторые виды рака, заставляют клетки вырабатывать дефектные, патологические РНК.
Поскольку новый рибозим умеет безошибочно распознавать специфические последовательности поврежденной РНК. На его основе ученые надеются создать сверхточные системы ранней диагностики и лечения тяжелых заболеваний.
Что еще известно о происхождении жизни на Земле?
Космический след: основы для построения ДНК и РНК не обязательно образовались на Земле – их следы регулярно находят в образцах почвы из астероидов Рюгу и Бенну.
Первые белки : химикам уже удалось воспроизвести в лаборатории процесс, при котором аминокислоты самостоятельно цеплялись за нить РНК - именно так когда-то возникли первые белковые молекулы.
Генераторы эволюции: стимулировать появление первой органики из неорганических веществ могли микромолнии в атмосфере старой Земли, а первые клеточные оболочки вокруг молекул формировались с помощью обычного кремния.