Раскрыта реальная картина возникновения жизни

Международная группа исследователей из Германии, Великобритании и Японии предложила новую теорию, объясняющую, как РНК могла возникнуть на ранней Земле. Согласно гипотезе РНК-мира, эта молекула стала предшественником жизни, поскольку могла самостоятельно хранить генетическую информацию, а также катализировать собственное размножение. Статья с результатами исследования опубликована в ведущем научном журнале Science.

Ученые представили способ синтеза как пуриновых, так и пиримидиновых нуклеозидов. Нуклеозиды — это предшественники нуклеотидов, из которых состоит как РНК, так и ДНК. Они образованы азотистым основанием (аденином, гуанином, цитозином и т.д.) и рибозой (в случае РНК). Пуриновые нуклеозиды состоят из двух ароматических колец (пиримидинового и имидазольного), а пиримидиновые — из одного ароматического кольца.

Основной проблемой гипотезы РНК-мира является то, что неизвестно, как происходит пребиотический синтез гликозидов, поскольку азотистые основания неохотно вступают в спонтанное взаимодействие с рибозой. В последнее десятилетие ученые предложили два альтернативных способа синтеза пиримидиновых нуклеозидов. Согласно им, либо азотистое основание и рибоза образуются одновременно и сразу же оказываются соединены друг с другом, либо раньше существовали какие-то другие пиримидины, образующие предковую форму РНК. Однако не было предложено механизмов возникновения пуриновых нуклеозидов.

В 2016 году Сидней Бекер (Sidney Becker) и его коллеги продемонстрировали правдоподобный синтез пуриновых нуклеозидов из формамидопиримидинов (FaPy) — формы пурина, которая легко взаимодействует с рибозой в воде. Когда pH раствора увеличивается, соединение FaPy-рибоза замыкается, образуя пуриновое кольцо и, как следствие, нуклеозид.

В новой работе Бекер предложил похожий способ и для пиримидиновых нуклеозидов, совместимый с синтезом пуринов. Согласно его гипотезе, вначале существовало гетероциклическое соединение-предшественник, который легко реагировал с рибозой. Возникал нуклеозид, который не встречается в современной РНК. Присутствие железного катализатора и сероводорода в растворе вызывало перегруппировку атомов, и возникал цитозин. Цитозин, в свою очередь, мог легко превращаться в урацил.

Сами предшественники нуклеоизидов возникают благодаря влажно-сухому циклу, когда химические реакции инициируются через испарение раствора при повышенной температуре. Образуются высококонцентрированные растворы, где взаимодействие реагентов становится термодинамически выгодным. Такие циклы могли возникать при смене дня и ночи или в гидротермальных источниках.