Химики из Университетского колледжа Лондона и Лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований в Кембридже (Великобритания) разработали простой способ, с помощью которого молекулы РНК (рибонуклеиновой кислоты) могли бы самовоспроизводиться в условиях, приближенных к ранней Земле.
Это открытие, описанное в журнале Nature Chemistry, дает новое понимание одного из ключевых процессов, лежащих в основе происхождения жизни.
Ученые давно предполагают, что до появления ДНК и белков наследственная информация и ее передача осуществлялись с помощью РНК. Однако воспроизвести процесс ее самокопирования в лаборатории долгое время не удавалось: молекулы РНК формируют двойные спирали, которые трудно разъединить, и быстро восстанавливаются, не давая времени на копирование.
Исследователи преодолели это препятствие, применив необычные трехбуквенные строительные блоки РНК — триплеты (тринуклеотиды). В водной среде с добавлением кислоты и тепла двойные спирали распадались. Затем раствор замораживали, и в микроскопических промежутках между кристаллами льда триплеты покрывали РНК, не позволяя ей вновь сомкнуться в спираль, благодаря чему происходило копирование.
Повторяя цикл нагрев — подкисление — заморозка — оттаивание, ученые смогли добиться многократного самовоспроизводства РНК. Полученные цепочки были достаточно длинными, чтобы иметь биологическую функцию.
Репликация — основа биологии. Без нее невозможна эволюция. Проблема в том, что мы до сих пор не могли воссоздать такую простую и естественную форму репликации РНК, которая могла бы произойти до появления ферментов
Триплеты, использованные в исследовании, не встречаются в современной биологии, но, по мнению авторов, могли быть частью примитивной формы жизни. Ключевым преимуществом является простота условий: изменения температуры и pH, которые легко могли бы возникать в природной среде — при смене дня и ночи, в пресноводных геотермальных источниках, где горячие породы контактируют с холодным воздухом.
Ученые подчеркивают, что подобный процесс невозможен в соленой воде, так как соль мешает образованию льда и препятствует достижению нужной концентрации РНК. Высокая концентрация возможна и при испарении воды, однако высокая температура разрушает молекулы РНК.
Это открытие не означает, что жизнь возникла только из РНК. Современные гипотезы предполагают участие других компонентов: пептидов, липидов и простых ферментов, способных защищать и стабилизировать молекулы.
Ранее коллектив ученых под руководством доктора Джона Сазерленда и профессора Мэттью Паунера показал, как из простых веществ могли образоваться нуклеотиды, аминокислоты, липиды и даже предшественники витаминов.
Ранее Наука Mail рассказывала, что образ жизни меняет ДНК человека.