Ученые выяснили, как на безжизненной Земле могли сформироваться первые белки

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.