Появление жизни связали с реакциями на вулканическом стекле

Американские химики обнаружили удивительно простой механизм, который мог привести к образованию на Земле цепочек РНК – молекул, эволюция которых увенчалась появлением первых живых клеток.

Современные организмы кодируют и передают наследственную информацию в виде ДНК, а реализуют ее – с помощью белков. Однако считается, что жизнь началась с РНК, молекулы которой могут выполнять и информационную функцию (как ДНК), и каталитическую (как белки). Предполагается, что появлению первых полноценных клеток предшествовал долгий период «РНК-мира» и химической эволюции РНК. Но тогда встает вопрос о том, как на ранней Земле появилось множество таких молекул? Их отдельные компоненты просты и легко образуются в ходе абиогенных процессов. Но вот объединить их в полимеры нуклеиновых кислот оказывается не так легко.

Химики давно пытаются найти условия и реакции, в которых мог развиваться абиогенный синтез цепочек РНК. Как правило, это требует крайне сложной последовательности событий, вызывая сомнения в том, что подобное могло происходить само по себе и в больших масштабах. Однако новая работа американских ученых предлагает новый и весьма простой вариант – полимеризацию РНК на вулканическом стекле, которого на ранней Земле было в изобилии. Об этом они пишут в статье, опубликованной в журнале Astrobiology.

Элиза Бьонди (Elisa Biondi) и ее коллеги из Фонда прикладной молекулярной эволюции провели лабораторные эксперименты, показав, что сравнительно длинные – до 100-200 звеньев – цепочки РНК спонтанно образуются при перколяции (просачивании) смеси нуклетидов сквозь вулканическое стекло. Такие минералы образуются при быстром застывании базальтовой магмы, которой было исключительно много на поверхности молодой Земли.

В период, о котором идет речь, на планете продолжался крайне активный вулканизм. Кроме того, незадолго до этого Земля столкнулась с массивным небесным телом, и удар выбросил огромные количества породы, часть из которых сформировала Луну, а часть – опала обратно, дополнительно раскаляя поверхность планеты. Созданная этими процессами лава могла покрывать ее едва ли не целиком, а испарение воды из-за высокой температуры могло создать небольшие изолированные водоемы, подходящие для первых реакций прото-жизни.

Те же метеориты, падающие обратно на Землю, содержали большие количества железа и никеля, и в полете могли восстанавливать атмосферу. Ученые показали, что в такой среде способны проходить реакциями между азотистыми основаниями и фосфатом рибозы, приводя к образованию нуклеотидов – отдельных звеньев РНК. Оказавшись в смеси на поверхности вулканического стекла, такие нуклеотиды образовывали полимеры – реакцию катализирует тот же никель.

Таким образом, химикам удалось найти довольно простой путь превращений, начиная от элементарных органических молекул, которые обнаруживаются и в космосе, и заканчивая достаточно длинными цепочками нуклеиновых кислот, которые способны к дарвиновской эволюции, – прародителей протожизни. «Красота этой модели – в ее простоте, – прокомментировал их работу Ян Шпачек (Jan Špaček), эксперт из Firebird Biomolecular Sciences. – Все это способны проделать и старшеклассники в своем классе химии. Смешайте исходные ингредиенты, подождите пару дней – и ищите РНК».

Любопытно, что подтверждение новой гипотезе может найтись… на Марсе. Молодая Красная планета переживала сходный активный вулканизм, однако впоследствии «замерла». В отличие от Земли, где тектоника плит уничтожила почти все следы древнейшего вулканического стекла, на Марсе такие образцы сохранились до нашего времени. «Если жизнь на Земле появилась этим простым путем, она вполне могла появиться и на Марсе, – считает Элиза Бьонди. – Так что важно провести поиски на Марсе как можно скорее».