Давайте посмотрим правде в глаза: вопрос «откуда мы пришли?» мы уже довольно долго носим его с собой. Заметьте, я говорю не о бабушках и дедушках, а о самом начале всего, о той изначальной искре, которая превратила горстку неодушевленных молекул в... ну, в нас, и во весь биологический цирк, который нас окружает. Теперь группа исследователей, похоже, добавила существенный элемент к этой космической головоломке, работая с РНК, этой универсальной молекулой, которую многие считают бесспорной звездойпроисхождение жизни.
Им удалось создать копию фермента РНК, хотя пока лишь частично. Вам это кажется немного? Возможно. Но учтите, что мы говорим о воспроизведении в лабораторных условиях процессов, которые миллиарды лет назад могли стать началом всего этого. Это как найти первую страницу книги, о существовании которой мы даже не подозревали.
Ключевая роль РНК в происхождении жизни
РНК, или рибонуклеиновая кислота, уже давно находится в центре внимания при обсуждении самых ранних стадий жизни на Земле. В отличие от ДНК, который является мастером по хранению генетической информации, и белок, которые являются рабочими лошадками клетки, способными катализировать реакции, РНК обладает исключительной способностью делать и то, и другое. Конечно, он, возможно, не обладает такой же особой эффективностью, как два других, но его универсальность делает его идеальным кандидатом на роль «первой молекулы жизни». Идея, известная как «гипотеза мира РНК», предполагает, что жизнь началась с самовоспроизводящихся молекул РНК.
Как он сказал Джеймс Эттуотер о 'University College London, один из авторов исследования, «Это была молекула, которая управляла биологией». Короче говоря, настоящий молекулярный универсал.
Однако проблема в том, что репликация РНК в лабораторных условиях — это не простая задача. РНК может образовывать двойные спирали, во многом похожие на ДНК, и теоретически может копировать себя, разделяя эту двойную спираль на две одинарные цепи, а затем используя каждую цепь в качестве шаблона для создания новой. Проблема в том, что эти двойные спирали РНК удерживаются вместе очень прочными связями, гораздо более прочными, чем связи в ДНК. После того, как они сформированы, очень трудно разделить две цепи на достаточную длину, чтобы обеспечить репликацию.
Это немного похоже на попытку отклеить два куска сверхпрочной липучки, удерживая их погруженными в клей. Не совсем просто.
Триплеты и термические циклы: новая стратегия понимания происхождения жизни
Команда Аттуотера, чье исследование было опубликовано в престижном журнале Химия природы, нашел гениальный способ обойти это препятствие. Они обнаружили, что небольшие фрагменты РНК, состоящие из трех «букв» (азотистых оснований, из которых состоит РНК), называемые триплетами, связываются с одинарными цепями с достаточной силой, чтобы не допустить слишком быстрого замыкания двойной спирали.
Подобно буквам в слове РНК, три, похоже, является магическим числом, когда речь заходит о происхождении жизни: более длинные фрагменты рискуют не совпадать, создавая путаницу. Это похоже на использование крошечных молекулярных пресс-папье, достаточно прочных, чтобы удерживать страницы отдельно, но не настолько громоздких, чтобы мешать чтению.
Разработанный исследователями процесс увлекателен. Они начинают с фермента РНК (рибозима) в форме двойной спирали и смешивают его с этими триплетами. Затем они делают раствор кислым и нагревают его до 80 градусов по Цельсию. Это тепло и кислотность «открывают» двойную спираль, позволяя триплетам связываться с одинарными цепями. Затем раствор подщелачивают и резко охлаждают до минус 7 градусов по Цельсию. При замораживании воды оставшаяся жидкость становится чрезвычайно концентрированной, и вот тут-то в игру вступает фермент РНК: он активизируется и начинает «сшивать» триплеты, связанные с цепочкой-матрицей, образуя таким образом новую комплементарную цепочку.
На данный момент исследователям удалось воспроизвести до 30 «букв» исходного фермента, длина которого составляет 180 букв. Это пока не полное воспроизведение, но это огромный шаг. Исследователи уверены, что, повысив эффективность фермента, они смогут достичь своей цели. Эттуотер отмечает, что эта очень простая молекулярная система обладает некоторыми поистине интригующими свойствами.
Последствия и связи с генетическим кодом
Одной из самых интригующих вещей является возможная связь между этими триплетами РНК, использованными в эксперименте, и триплетным кодом, который наши клетки используют сегодня для указания последовательности белков. Знакомы ли вы с генетическим кодом? Тот, который переводит язык ДНК и РНК на язык белков? Он использует группы из трех букв. «Возможно, существует связь между тем, как биология копировала свою РНК в прошлом, и тем, как биология использует РНК сегодня», — предполагает он. Эттуотер. Как будто мы нашли древний молекулярный диалект, который оставил следы происхождения жизни даже в современном языке жизни.
Более того, команда заметила, что триплеты, которые наиболее охотно участвуют в репликации в этой системе, являются теми, которые связываются наиболее сильно. И вот, считается, что при зарождении жизни самый первый генетический код состоял именно из этого набора «сильных» триплетов. Еще одно совпадение, заставляющее задуматься.
Необходимые для этого процесса условия, включая циклы нагревания, охлаждения и изменения pH, могли возникнуть естественным образом на ранней Земле. Учитывая потребность в пресной воде, более вероятно, что это произошло на суше, возможно, в геотермальных системах, подобных тем, что существуют сегодня в Исландии, где есть горячие источники с сильно различающимися значениями pH, некоторые из которых настолько же кислые, как те, что использовались в эксперименте.
Все ближе к пониманию
Идея о том, что зарождение жизни могло произойти в геотермальных бассейнах Термин «земной» не нов, и это исследование добавляет аргумент в его пользу. Мы в Futuro Prossimo тоже мы исследовали различные гипотезы, но как он отмечает Закари Адам о 'Университет Висконсин-Мэдисонэта работа может указывать на чисто химическую, а не компьютерную роль триплетов РНК еще до появления живой клетки.
Мы медленно, но верно приоткрываем завесу над одной из самых глубоких тайн науки, приближаясь к пониманию не только того, как зародилась жизнь, но и где и как, по одному маленькому, важному молекулярному шагу за раз. Каждое открытие приближает нас к пониманию того, как первые молекулы РНК положили начало зарождению жизни, цепи событий, которые привели к биологической сложности, известной нам сегодня. Кто знает, может быть, однажды мы действительно сможем воссоздать ту первую робкую искру, проследив молекулярный путь, который превратил инертную материю в пульсирующую жизнь.
