"Танец" молекул, который привёл к возникновению жизни миллиарды лет назад, до сих пор остаётся одной из самых больших тайн для современной науки. Что должно было произойти в те далёкие времена, чтобы из простых отдельных молекул возникла одна новая, способная к самовоспроизведению? Конечно, древняя "хореография" навсегда останется скрытой от нас временем, но учёные заявили, что, возможно, определили одну их ключевых стадий того великого события в истории нашей планеты.
Химики из Германии рассказали о реакции, в ходе которой основные химические вещества, присутствовавшие на ранней Земле, могли привести к появлению соединений, так называемых пуринов. Это химические вещества, которые являются ключевым компонентом ДНК, её "сестры" РНК и энергетического обмена во всех клетках.
Новая научная работа является "очень красивой химией", говорит Джеральд Джойс (Gerald Joyce), химик из Научно-исследовательского института Скриппса.
Он и его коллеги уже давно предположили, что одним их ключевых ранних событий в этом процессе было формирование РНК – длинной, похожей на цепочку молекулы, которая несёт в себе генетическую информацию и ускоряет химические реакции.
Обе эти функции необходимы для развития жизни. Но выяснить, как могла возникнуть сама РНК и что привело к появлению "мира РНК", учёным пока не удаётся.
Напомним, что РНК (или рибонуклеиновая кислота) состоит из четырёх различных химических "строительных блоков": нуклеотидов аденина (А), гуанина (G), цитозина (С) и урацила (U).
Семь лет назад исследователи под руководством химика Джона Сазерленда (John Sutherland) показали правдоподобную серию стадий-реакций, в ходе которых на ранней Земле могли появиться цитозин и урацил — производные пиримидина.
Но в той работе не было показано, как возникли аденин и гуанин, производные пурина.
Другим исследователям удалось частично решить пуриновую загадку. Так, в 1972 году химик Лесли Орджел (Leslie Orgel) и его коллеги предложили один из возможных путей формирования пурина на ранней Земле. Но это никогда не казалось правдоподобным, рассказывает Томас Карелл (Thomas Carell), химик из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана.
"Люди искали искусственные пути, чтобы получить пурины, на протяжении 40 лет", — говорит Карелл.
Он и его коллеги наткнулись на новую зацепку несколько лет назад, когда изучили, как ДНК повреждается. ДНК очень схожа с РНК, за исключением того, что "кирпичик" урацил заменяется в ней тимином.
Исследователи изучили, как молекулы формамидопиримидина (FaPy) реагируют с ДНК, и обнаружили, что они также влияют на формирование пуринов. По этой причине учёные решили выяснить, могли ли ранние земные условия породить FaPy и, следовательно, пурины.
Первый шаг был простым: для него требовались только водород, цианид (соль цианистого водорода) и вода. Цианистый водород — это довольно простая молекула, содержащая только три атома – водород, азот и углерод. Считается, что она присутствовала в большом изобилии на ранней Земле. Она легко реагирует с водой, образуя класс молекул аминопиримидинов. Последние содержат несколько химических групп, называемых аминами.
Как правило, амины беспорядочно реагируют, образуя широкий ассортимент различных соединений. Это плохо, объясняет Карелл, потому что большинство из этих продуктов не будут пуринами.
Команда учёных решила проблему с помощью небольшого количества кислоты, которая также, считается, была в изобилии представлена на ранней Земле. Реакция вызволила дополнительные протоны из кислоты, которые присоединились к аминопиримидинам.
Дополнительные протоны "убили" химическую реакционную способность всех кроме одной аминогруппы в молекуле. В результате, к большой радости химиков, одинокий амин, который остался химически активным, стал именно тем, что воздействует на формирование пурина.
И это ещё не всё. Дальнейшие лабораторные тесты, представленные в научном журнале Science, показывают, что химически активный амин в аминопиримидине легко связывается либо с муравьиной кислотой, либо с формамидами.
Отметим, что в прошлом году космический аппарат "Розетта" обнаружил оба этих химических вещества на комете, так что учёные считают, что они также, вероятно, могли появиться на Земле.
Отмечается, что как только связи были образованы, продукты этих реакций затем "радостно" реагировали с сахарами для создания большого количества пуринов. "Это как каскад костяшек домино", — сравнивает Карелл.
Но есть те, кто вносит большую долю сомнений в открытие учёных. Так, химик Стивен Беннер (Steven Benner) из Фонда прикладной молекулярной эволюции (США) соглашается с тем, что предложенный синтез пуринов является "важным шагом вперёд" в вопросе понимания формирования РНК.
Но даже если результаты верны, говорит он, химические условия, породившие пурины, не совпадают с теми, которые группа Сазерленда предложила для формирования пиримидинов. По этой причине до сих пор не ясно, каким образом A, G, C и U, в конечном счёте, соединились вместе в единую цепь.
Кроме того, даже если все строительные блоки РНК были в одном месте и в одно и то же время, до сих пор остаётся загадкой, как в итоге была сформирована полноценная РНК, заключает Беннер.
Предполагаем, что учёные будут разбираться с этими вопросами в дальнейшем. Ранее они также воссоздавали условия для зарождения жизни в космосе.
