Достигнут прорыв в определении происхождения жизни на Земле и, возможно, на Марсе
Ученые из Фонда прикладной молекулярной эволюции (Foundation for Applied Molecular Evolution) объявили, что рибонуклеиновая кислота (РНК), аналог ДНК, который, вероятно, был первым генетическим материалом для жизни, спонтанно образуется на базальтовом лавовом стекле. Такое стекло было в изобилии на Земле 4,35 миллиарда лет назад. Подобные базальты сохранились на Марсе и сегодня.
«Сообщества, изучающие происхождение жизни , в последние годы разошлись», — отмечает Стивен Беннер, соавтор исследования, опубликованного в журнале Astrobiology.
«Одно сообщество повторно обращается к классическим вопросам со сложными химическими схемами, которые требуют сложной химии, выполняемой опытными химиками», — пояснил Стивен Беннер. «Их прекрасные работы публикуются в таких известных журналах, как Nature и Science». Однако именно из-за сложности этой химии она не может объяснить, как на самом деле возникла жизнь на Земле.
Напротив, новое исследование использует более простой подход. Исследование под руководством Элизы Бионди показывает, что длинные молекулы РНК длиной 100-300 нуклеотидов образуются, когда нуклеозидтрифосфаты не делают ничего, кроме просачивания через базальтовое стекло.
«В то время базальтовое стекло было повсюду на Земле», — говорят исследователи. «В течение нескольких сотен миллионов лет после образования Луны частые удары в сочетании с обильным вулканизмом на молодой планете образовывали расплавленную базальтовую лаву, источник базальтового стекла. Удары также испаряли воду, образуя сушу, обеспечивая водоносные горизонты, где могла образоваться РНК».
Те же удары также доставили никель, который, как показали ученые, дает нуклеозидтрифосфаты из нуклеозидов и активированного фосфата, также обнаруженного в лавовом стекле. Борат (как и бура), также получаемый из базальта, контролирует образование этих трифосфатов.
Те же самые ударники (метеориты), которые образовали стекло, также на короткое время уменьшили атмосферу своими металлическими железно-никелевыми ядрами. В таких атмосферах образуются основания РНК, последовательности которых хранят генетическую информацию. Ученые ранее показали, что нуклеозиды образуются в результате простой реакции между фосфатом рибозы и основаниями РНК.
«Прелесть этой модели в ее простоте. Ее могут проверить старшеклассники на уроках химии», — сказал Ян Шпачек, не участвовавший в этом исследовании, но разрабатывающий инструмент для обнаружения инопланетных генетических полимеров на Марсе. «Смешайте ингредиенты, подождите несколько дней и обнаружьте РНК».
Те же камни разрешают другие парадоксы создания РНК на пути, пролегающем от простых органических молекул до первой РНК. «Например, борат управляет образованием рибозы, буквы «Р» в РНК», — добаляет Стивен Беннер.
Молекула РНК состоит из чередующихся фосфатных групп и сахарной рибозы, а не из дезоксирибозы, присутствующей в ДНК. К каждому сахару присоединено одно из четырех оснований: аденин (А), урацил (У), цитозин (С) или гуанин (Г).
В клетках существуют различные типы РНК: информационная РНК (мРНК), рибосомальная РНК (рРНК) и транспортная РНК (тРНК). Кроме того, некоторые РНК участвуют в регуляции экспрессии генов. Некоторые вирусы используют РНК в качестве своего геномного материала.
Этот путь начинается с простых углеводов, которые «не не могли» образоваться в атмосфере над первобытной Землей. Они были стабилизированы вулканическим диоксидом серы, а затем вылились дождем на поверхность, чтобы создать резервуары органических минералов.
Таким образом, эта работа завершает путь создания РНК из небольших органических молекул, которые почти наверняка присутствовали на ранней Земле.
Единая геологическая модель движется от одной и двух молекул углерода к молекулам РНК, достаточно длинным, чтобы поддерживать дарвиновскую эволюцию.
«Важные вопросы остаются», — предупреждает Стивен Беннер. «Мы до сих пор не знаем, как все строительные блоки РНК приобрели одинаковую общую форму, и эта связь известна как гомохиральность». Точно так же связи между нуклеотидами могут варьироваться в материале, синтезированном на базальтовом стекле.
Марс имеет отношение к этому заявлению, потому что те же самые минералы, стекла и удары метеоритов также присутствовали и на Марсе. Однако Марс не был затронут дрейфом континентов и тектоникой плит, которые погребли под собой большую часть земных пород старше 4 миллиардов лет.
Таким образом, породы соответствующего времени остаются на поверхности Марса. Недавние миссии на Марс нашли все необходимые компоненты, включая борат.
«Если жизнь возникла на Земле таким простым путем, то она, вероятно, появилась и на Марсе», — говорит Стивен Беннер. «Это делает еще более важными поиски жизни на Марсе».
Исследование было опубликовано в журнале Astrobiology.