Происхождение жизни: возможный нуклеотид ранней Земли.

Группа ученых провела исследование, чтобы выяснить, может ли нуклеотид, состоящий из барбитуровой кислоты, использоваться для формирования РНК. Результаты эксперимента заставили ученых выдвинуть гипотезу, что барбитуровая кислота могла быть прародителем современных оснований РНК.

Исследование, представленное в этой статье, касается одной из самых захватывающих проблем науки — происхождения жизни. Оно также освещает современные попытки понять, как могла возникнуть жизнь на Земле миллиарды лет назад. Самые ранние свидетельства существования жизни на Земле датируются около 3,5 миллиардов лет. Изучение начала жизни в последние десятилетия стало особенно актуальным на фоне поиска планет, на которых могут существовать условия для жизни, будь то в нашей Солнечной системе или на экзопланетах. Поэтому важно понять, как именно возникла жизнь на Земле, сформировавшейся почти 4,6 миллиарда лет назад.

Интересно, что элементы, такие как углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера, лежат в основе существующей жизни на Земле. Эти химические элементы составляют молекулы, без которых жизнь не может существовать, включая белки, нуклеиновые кислоты и липиды, которые обеспечивают функционирование клеток.

Знаменитый эксперимент Юри-Миллера в 1953 году показал, как аминокислоты (основные компоненты белков) могут образовываться из неорганических веществ, таких как водород, аммиак и метан, при условии, что вода выступает в роли растворителя. Эксперимент имитировал условия, близкие к тем, что могли существовать на ранней Земле.

Это привело к гипотезе «пребиотического супа», предложенной Дж. Б. С. Холдейном, которая объясняла, как возникли основные биомолекулы, включая аминокислоты, липиды и нуклеиновые кислоты. После успешной работы Юри-Миллера ученые стали искать другие молекулы, которые могли бы сыграть ключевую роль в появлении жизни на Земле.

Два главных признака жизни — это хранение информации и катализ реакций. Нуклеиновые кислоты, такие как ДНК и РНК, играют важную роль в хранении наследственной информации. В современных организмах эта информация хранится в ДНК, а затем передается в РНК, которая служит шаблоном для синтеза белков. РНК также участвует в катализе химических реакций, что делает ее уникальной молекулой, которая могла бы сыграть ключевую роль в возникновении жизни.

Одним из важных вопросов является, как нуклеиновые кислоты могли возникнуть из простых молекул в условиях ранней Земли. Чтобы эволюция жизни могла начаться на основе РНК, необходимы были нуклеотиды — строительные блоки РНК, которые образуются из трех компонентов: нуклеинового основания, сахара и фосфата. Однако условия на Земле в тот период не способствовали образованию таких молекул.

Это привело к гипотезе о существовании «пре-РНК», более простых молекул, которые могли бы сформироваться из доступных химических веществ и затем эволюционировать в более сложные нуклеиновые кислоты. Современные исследования подтверждают, что на ранней Земле могли существовать неканонические основания, такие как барбитуровая кислота, которые, возможно, играли роль в формировании нуклеотидов.

Исследователи обнаружили, что барбитуровая кислота может быть использована для создания олигомеров нуклеотидов и РНК. В рамках эксперимента они проверили, могут ли современные ферменты использовать нуклеотиды, основанные на барбитуровой кислоте, вместо стандартного урацила для синтеза РНК. Более того, эти молекулы были проверены на способность создавать функциональные структуры, такие как аптамеры. Также исследователи изучили, можно ли с их помощью перенести информацию в ДНК через процесс обратной транскрипции. Результаты оказались успешными, что позволило сделать вывод о возможности существования барбитуровой кислоты как предшественника современных оснований РНК.

Эти результаты не только расширяют наше понимание того, как могла развиваться жизнь, но и открывают новые горизонты для синтетической биологии, где альтернативные нуклеотиды могут быть использованы для разработки новых молекул РНК, которые могут сыграть важную роль в борьбе с будущими угрозами, такими как пандемии.