Появление первых белков и их взаимодействие с РНК на добиотической Земле было ключевым шагом в происхождении и ранней эволюции жизни. Однако как на безжизненной, не так давно сформировавшейся Земле появились эти первые органические полимеры? Похоже, группа исследователей из Японии нашла правдоподобный ответ на эту давнюю загадку зарождения жизни.
Земля во времена катархейского эона в представлении художника / © Richard Bizley
Рибонуклеиновые кислоты (РНК) — биополимеры, способные нести генетическую информацию, подобно ДНК, и катализировать биологические реакции, подобно белкам. Взаимодействия между белками и РНК поддерживают основные биологические процессы, включая синтез белков (трансляцию), синтез РНК по ДНК (транскрипцию) и регуляцию экспрессии генов. Зарождение этих взаимодействий было ключевым этапом в происхождении жизни и, как полагают исследователи, произошло в начале так называемого мира РНК или при переходе от мира РНК к системам «ДНК — белок».
И если теории абиогенного (то есть без помощи живых существ) синтеза РНК находят все больше экспериментальных подтверждений, позволяющих получить цепочки длинной в 100-200 звеньев, то для белков не все так просто. Различные аминокислоты — составные звенья белков — могли быть получены как в результате наземного синтеза, так и доставкой астероидом на пребиотическую Землю. Дальнейший синтез пребиотических пептидов (небольших цепочек аминокислот) изучали на протяжении десятилетий с учетом различных геологических условий молодой Земли, включая вулканические геотермальные поля, гидротермальные поля, донные отложения и приливные отмели, а также возможного влияния минералов, солей, ионов и величин pH.
Однако наилучший результат, который смогли получить в лаборатории, ограничивался пептидами, состоящими из 20 аминокислот. Притом что обычно известные сегодня белки, выполняющие какую-либо значительную функцию в клетке, состоят из сотен, а то и десятков тысяч аминокислот. Кроме того, сильнощелочные условия, в которых были получены такие пептиды, несовместимы с синтезом РНК из-за ее низкой стабильности. Да и наличие подобных условий на Земле времен катархея (сразу после ее формирования) крайне сомнительно.
Группа исследователей из Университета Тохоку (Япония) предложила свой механизм абиотического синтеза первых белковых цепочек на молодой Земле. В центре этого механизма — борная кислота и ее соли, способствующие полимеризации аминокислот в цепочки пептидов. Подробное описание своего исследования авторы привели в статье, опубликованной в журнале Communications Chemistry.
Борсодержащие минералы были обнаружены в изобилии в некоторых из древнейших горных пород осадочного происхождения, найденных на Земле: например, в метаосадках возрастом 3,8 миллиарда лет в Гренландии. При этом по изотопному составу бора в этих минералах можно предположить, что растворенные бораты и борная кислота были обогащены в изолированных бассейнах, предположительно, накапливавших и аминокислоты с другими органическими материалами.
Подобные бассейны должны были постепенно испаряться и вновь пополняться водой из глобального океана с растворенными в ней органическими веществами, тем самым накапливая все необходимые составляющие для абиогенного синтеза РНК и белков. Ранее было показано, как бораты и борная кислота способствуют образованию РНК. В новом исследовании японские ученые продемонстрировали, что в присутствии этих же веществ могут спонтанно образовываться полипептиды длиной до 39 аминокислот.
По словам авторов исследования, крайне важно, что все реакции проходят в нейтральной и слабокислой средах, наиболее вероятных для катархейской Земли. Ведь таким образом богатая бором нейтральная испарительная среда послужила бы идеальным местом для образования и взаимодействия между двумя наиболее важными полимерами на пребиотической Земле.
Комментарии
Какая разница, принесло их метеоритами или нет, они же тоже на какой-то планете впервые должны были образоваться, но чуть раньше. Важен сам механизм.
Некоторым почему-то кажется, что идея о том что жизнь прилетела вместе с кометой или метеоритом что-то объясняет. Хотя вопрос не в том где жизнь возникла ,а в том как.
Уменьшает или увеличивает такой механизм вероятность нахождения жизни на других планетах? То есть, это какая то редкая и уникальная химическая реакция или простая? Насколько естественно такие борные бассейны могли быть образованы?
Самих теорий появления жизни на земле полным полно. если этот конкретно способ окажется слишком редким ввиду того ,что редко встречались такие условия. то все теории вместе делают появление жизни гораздо более вероятным. Да что такое редкие условия? Вон цианобактерии вероятнее всего появились на земле где-то в одном месте, а потом настолько распростонились по планете что изменили климат и привели к глобальным оледенениям. С появлением жизни вероятнее всего так же :достаточно чтоб существовало одна лужица где она зародилась.... И вот через сотни миллионов лет мир плотно заселен живыми.
А может жизнь зарождалась несколькими способами сразу? Потом известные нам белковые формы просто вытеснили других?
Если при прочтении статьи в слове "белки" ставить ударение на Е, то она станет более забавной.
(исследование - балдеж)
Моя дочка так читает на упаковках продуктов "бЕлки и жИрки "Сколько тех белок например в йогурте?
клоуны,- это давно известно.
На самом деле я не удивлюсь, если за время моей жизни будет создано десяток вполне правдоподобных теорий появления жизни на земле.. и все эти теории будут абсолютно правдоподобными.
Ну если осадочные породы тех времён сейчас не существуют в природе, и стало быть с точки зрения палеонтологии опровергнуть или подтвердить эти теории невозможно ,то почему нет...
Как из аминокислот появились белки? У вас есть детская азбука из букв? И теперь представьте себе, что вы высыпайте эти буквы из коробки на пол просто наугад. Какова вероятность ,что из них сложится какой-то читаемый текст? Вроде бы никакая... однако представьте, что вы такими делами занимаетесь миллиард лет?
Это не совсем так работает...
У нас с идеями по поводу возникновения жизни всегда есть одна великая проблемка: мы понятия не имеем о том какая была земля того времени. Например не знаем каково было содержание диоксида углерода в атмосфере. А он на земле всегда был главным газом от которого зависел парниковый эффект и стало быть температура поверхности планеты. К нашему времени его осталось крайне мало ,но во времена когда не было жизни вулканы извергали его, и он мог оставаться в атмосфере несчётные миллионы лет. Сколько было диоксида углерода в те времена? Определите это сложно. С тех пор в результате фотосинтеза он практически весь превратился в органический углерод и кислород, который опять же пошёл по большей части на окисление горных пород и лишь позднее стал выделяться в атмосферу. Содержащая больше диоксида углерода Атмосфера не только лучше грела ,но ещё и была гораздо более плотной. Атмосферное давление в те времена было явно выше . И стало быть вода могла кипеть при гораздо более высокой температуре чем сейчас, что создавала более благоприятные условия для появления жизни. Но каким оно было сейчас посчитать очень трудно. Если к этому добавите ещё потерю воды атмосферой и землёй от убегания газов в космос....