Ученые нашли «секретный ингредиент» для зарождения жизни на Земле
«Заплыв в таком "первичном супе" можно сравнить с тем, что чувствует человек, плавающий в чане с медом. Подобный густой раствор дает коротким цепочкам нуклеотидов и единичным "буквам" ДНК, которые движутся быстро, достаточно времени для того, чтобы "запрыгнуть" на более длинные цепочки ДНК, соединиться друг с другом и образовать их копии», — объясняет Кристина Хе (Christine He) из Технологического института Джорджии в Атланте (США).
По общепринятой на сегодня теории «РНК-мира», роль белков и ДНК в первых живых организмах на земле играли молекулы РНК. В последствие клеточными процессами стали управлять белки, а роль хранилища генетической информации заняла ДНК. Сегодня ученые экспериментируют с короткими молекулами РНК, пытаясь воспроизвести процесс зарождения жизни в лаборатории.
Одним из главных препятствий в повторении этого процесса является то, что в «нормальном» растворе молекулы ДНК не способны вступать в реакции самокопирования без наличия тех ферментов, которые мешают половинкам двойных цепочек ДНК «сворачиваться» обратно в спираль. Так как сложные белки вряд ли могли возникнуть сами по себе без участия ДНК, это заставляет многих ученых предполагать, что РНК и ДНК возникли одновременно, минуя фазу «РНК-мира».
Хе и ее коллеги по университету нашли потенциальное решение этой проблеме в простой вещи — обычном загустителе, который можно купить в любом магазине. Как предположили ученые и как считают многие другие биохимики, жизнь на Земле могла зародиться не в мировом океане, а в пересыхающих лужах у жерл вулканов или у берегов морей, чьи воды действительно больше напоминали густой «суп», чем рассол или раствор чего-либо.
Экспериментируя с различными наборами коротких молекул ДНК, американские биологи проверили, что произойдет, если в смесь, содержащую одиночные нуклеотиды и небольшие двойные спирали ДНК, добавить загуститель.
Этот простой шаг привел к необычным последствиям — двойные цепочки ДНК действительно перестали быстро пересоединяться друг с другом, однако «половинки» этих спиралей плавали внутри первичного «мёда» не в виде одиночных нитей, а сворачиваясь в своеобразные петли, которые биологи называют «шпильками».
Эти шпильки, как объясняют ученые, препятствовали воссоединению нитей и позволяли плавающим в растворе нуклеотидам присоединяться к «половинкам» ДНК и формировать вторую нить, представлявшую собой их копии. Эту идею ученые проверили на фрагменте одного из реально существующих генов длиной в 540 генетических «букв», который им удалось заставить скопировать себя как в относительно «чистом» растворе, содержащем только нуклеотиды, так и при попадании в своеобразные аналоги «первичного супа».
Если нечто подобное происходило и в «супе» первичных океанов (или луж) Земли, то тогда процесс формирования «шпилек» мог решать сразу две задачи. Во-первых, он позволял молекулам ДНК и РНК копировать себя. Во-вторых, он также приводил к формированию петель и особых зон внутри нитей РНК, превращая их в ферменты-рибозимы — самокопирующиеся молекулы, способные осуществлять разные реакции. Рибозимы сегодня считаются одним из ключевых шагов в процессе зарождения жизни. Относительно «легкий» механизм их образования в присутствии «загустителя», как считают авторы статьи, не только объясняет то, как ДНК и РНК могли эволюционировать на Земле, говорит о достаточно высоких шансах на зарождение жизни за пределами Солнечной системы.