Гипотеза «мира РНК» десятилетиями остается центральной теорией самозарождения жизни. Согласно этой гипотезе, до появления ДНК и белков существовала молекула, способная одновременно хранить генетическую информацию и работать катализатором. Но до недавнего времени слабым местом этой теории был размер известных рибозимов — таких молекул РНК, которые способны работать собственных катализатором. Считалось, что они слишком сложны, чтобы возникнуть случайно в «первичном бульоне».
Как маленькая молекула РНК могла запустить развитие жизни на Земле
Ученые из Лаборатории молекулярной биологии MRC в Великобритании обнаружили миниатюрную молекулу РНК QT45, способную копировать саму себя. Это открытие подтверждает гипотезу «мира РНК», доказывая, что первичные строительные блоки жизни могли быть гораздо проще и доступнее, чем считалось ранее в науке.
Недавнее исследование показывает, что ледяные микрометеориты, возможно, принесли азот на орбиту Земли в ранние дни существования Солнечной системы, потенциально способствуя формированию строительных блоков жизни. SciTechDaily.com
Вода со льдом — идеальная среда для начала жизни. Главным фактором успеха молекулы QT45 стала среда: смесь льда и воды. В чистой жидкой воде молекулы РНК часто нестабильны или слишком быстро удаляются друг от друга. Однако в замерзающей соленой кашице между кристаллами льда образуются микроскопические каналы. В них концентрация нуклеотидов резко возрастает, что заставляет их активнее взаимодействовать. Лед служит своего рода природным инкубатором, который помогает коротким цепочкам удерживаться вместе и копировать себя.
Изображение, демонстрирующее разнообразие структур рибозимов. Слева направо: лидзим, рибозим «молот», рибозим «твистер». Но они достаточно большие — от сотен до тысячи нуклеотидов, что делает случайную сборку маловероятной.
Исследователи из команды Филиппа Холлигера решили проверить, не скрываются ли эффективные инструменты среди более простых структур. Изучив генетическую библиотеку из 12 триллионов случайных последовательностей, они применили метод молекулярного естественного отбора.
В условиях жесткой конкуренции и необходимости выстраивать длинные цепи в суровой среде победителем вышла QT45. Эта находка радикально меняет представление о том, насколько вероятным было появление жизни в хаотических условиях молодой планеты. Работа опубликована в журнале Science.
Выход из ледяного лабиринта
Открытие и эволюция трех небольших мотивов полимеразы рибозима.
Эксперименты проводились в смеси из кристаллов льда и солевого раствора, имитирующей условия древней Земли. QT45, состоящая всего из 45 нуклеотидов, блестяще справилась с ролью полимеразы (фермента, синтезирующего РНК). QT45 создала комплементарную нить РНК, а затем использовала ее как шаблон для производства новой копии.
Столь малый размер молекулы делает ее возникновение в природе статистически правдоподобным событием. Как отметил соавтор работы Филипп Холлигер: «Открытие активности полимеразы в малом мотиве РНК позволяет предположить, что полимеразные рибозимы гораздо более распространены в пространстве последовательностей РНК, чем считалось ранее».
Если учесть вполне реалистическую возможность заноса нуклеотидов из космоса метеоритами, это означает, что «инструменты» для запуска биологической эволюции могли буквально плавать на поверхности, ожидая подходящего момента. Короткая цепочка нуклеотидов оказалась способна проделывать сложнейшую работу, которую как полагали до сих пор могут выполнить только большие белковые структуры. Это делает переход от химии к биологии вполне вероятным процессом.