Химики из Университетского колледжа Лондона смоделировали в лаборатории механизм, с помощью которого молекулы РНК могли спонтанно реплицироваться на ранней Земле — без участия белков или ферментов. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry.
Мир РНК — гипотетический этап возникновения жизни на Земле, когда функцию хранения генетической информации, и катализ химических реакций выполняли ансамбли молекул рибонуклеиновых кислот до появления ДНК и сложных белков. Однако воссоздать естественную репликацию РНК в простых условиях до сих пор не удавалось: ее нити образуют стабильную двойную спираль, которая мешает копированию.
Авторы пришли к решению эту проблему, использовав короткие триплетные строительные блоки РНК, которые смогли прикрепляться к цепям РНК и мешали им опять сворачиваться в спираль. Чтобы разъединить цепи, исследователи использовали смену кислотности и нагрев, а потом заморозили раствор. В промежутках между кристаллами льда происходила сборка новых цепей. Повторяющиеся циклы нагревания и замораживания, как показал эксперимент, позволяли процессу идти опять и опять — создавая РНК-длины, способные исполнять биологические функции.
«Жизнь отличается от простой химии тем, что содержит информацию, которая может копироваться и передаваться, — говорит профессор Филипп Холлигер, начальник проекта. — Репликация — это основа биологии, но до сих пор у нас не было реального понимания, как она могла начаться».
Исследователи отмечают, что условия, при которых происходила репликация в эксперименте, — пресная вода, циклы нагревания и охлаждения, отсутствие соли — вполне могли существовать в мелководных геотермальных прудах древней Земли. Морская вода, напротив, из-за высокого содержания солей препятствует замерзанию и нарушает концентрацию молекул, необходимую для репликации.
Хотя происхождение жизни, возможно, связано не только с РНК, но и с пептидами, липидами и другими компонентами, результаты этого исследования дают важные подсказки о том, как могла запуститься молекулярная эволюция.