Одной из самых интригующих загадок науки остается вопрос, как на Земле возникла жизнь. Вероятно, ученым наконец удалось воссоздать в лабораторных условиях спонтанное слияние молекул, что привело к появлению жизни на первозданной Земле около 4 миллиардов лет назад.

Как пишет издание Science Alert, исследователи, воссоздав возможные условия нашей совсем юной планеты, соединили РНК и аминокислоты. Считается, что это и был первый шаг, который в конечном итоге привел к распространению живых организмов, которые сегодня населяют всю Землю.

Эта экспериментальная работа может дать важные подсказки о происхождении одной из важнейших биологических взаимосвязей: взаимосвязи между нуклеиновыми кислотами и белками. "Современная жизнь использует для синтеза белков чрезвычайно сложную молекулярную машину – рибосому. Этой машине нужны химические инструкции, записанные в матричной РНК, которая переносит последовательность генов ДНК из ДНК клетки в рибосому. Затем рибосома, подобно заводскому конвейеру, считывает эту РНК и соединяет аминокислоты одну за другой, создавая белок", – объясняет химик Мэтью Паунер из Университетского колледжа Лондона.

Именно первую часть этого сложного процесса и завершили химики. Для этого они провели очень простые химические реакции в воде с нейтральным pH для связывания аминокислот с РНК. Считается, что именно эти спонтанные химические реакции и породили жизнь на ранней Земле.

Тем не менее, ученые до сих пор до конца не представляют, как она зародилась и развивалась. Одна из теорий рассматривает РНК как самовоспроизводящуюся нуклеиновую кислоту, которая, благодаря своей способности выполнять механическую работу, может катализировать другие химические реакции. Это известно как гипотеза мира РНК.

Известно, что белки не могут самореплицироваться. Инструкции для точной последовательности аминокислот закодированы в последовательности нуклеиновых кислот, таких как РНК. Таким образом, хотя белки играют ключевую роль во многих биологических процессах, молекулы нуклеиновых кислот являются важнейшей матрицей для их синтеза. Однако это означает, что двум молекулярным компонентам необходимо было найти способ соединиться во влажных условиях ранней Земли.

"Жизнь основывается на способности синтезировать белки – это ключевые функциональные молекулы жизни. Понимание происхождения синтеза белка имеет основное значение для понимания происхождения живого", – говорит Паунер. Выполненное исследование он назвал большим шагом к этой цели. По его словам, работа показывает, как РНК могла впервые стать регулятором синтеза белка.

На самом деле подобное исследование было проведено не впервые. Ученые предприняли множество попыток воссоздать естественную коагуляцию аминокислот и РНК. Этот процесс требует высокоэнергетического посредника, и предыдущие исследования показали, что некоторые высокореакционные молекулы не подходят для этой цели, поскольку они склонны распадаться в воде, что приводит к реакции аминокислот друг с другом, а не с РНК.

Под руководством химика Джоти Сингха из Университетского колледжа Лондона исследовательская группа опиралась на биологию. В качестве медиатора реакции они использовали тиоэфир – высокоэнергетическое, высокореакционное соединение, содержащее углерод, кислород, водород и серу – четыре из шести элементов, которые считаются наиболее важными для жизни.

Известно, что тиоэфиры играют ключевую промежуточную роль в некоторых биологических процессах и, как полагают, были в достаточном количестве представлены в "первичном органическом бульоне". Некоторые ученые считают, что их распространение предшествовало появлению мира РНК, что известно как гипотеза мира тиоэфиров.

В своем смоделированном органическом бульоне исследователи обнаружили, что тиоэфир обеспечивал необходимую внешнюю энергию для связывания аминокислоты с РНК – очень значительный прорыв, который гармонично сочетает две гипотезы. "Наше исследование объединяет две известные теории происхождения жизни – "мир РНК", где самореплицирующаяся РНК считается фундаментальной, и "мир тиоэфиров", в котором тиоэфиры рассматриваются как источник энергии для ранних форм жизни", – говорит Паунер.

Впрочем, ученые отмечают, что они все еще очень далеки от детального и всеобъемлющего понимания происхождения жизни. Тем не менее, новое исследование показывает, что эти компоненты могут взаимодействовать с участием высокоэнергетического посредника. Следующий шаг — выяснить, будет ли РНК преимущественно связываться с определенными аминокислотами, что облегчит возникновение генетического кода.

"Представьте себе день, когда химики смогут взять простые, небольшие молекулы, состоящие из атомов углерода, азота, водорода, кислорода и серы, и из этих деталей, как из Lego, сформировать молекулы, способные к самовоспроизведению. Это станет монументальным шагом к решению вопроса о происхождении жизни", – говорит Сингх.

По словам ученого, проведенное его командой исследование, приближает науку к этой цели. Оно демонстрирует, как два первичных химических элемента (активированные аминокислоты и РНК) могли построить пептиды - короткие цепочки аминокислот, необходимые для возникновения жизни.