Першою «Молекулою Життя» на Землі могла бути не ДНК, не РНК, а з'єднання, нещодавно виявлене вченими в ціанобактеріях.
Ключовою подією зародження життя на Землі стала поява молекул здатних до самовідтворення (реплікації), тобто, передачі генетичної інформації потомству. Всі живі істоти на Землі (за винятком декількох груп вірусів, про приналежність яких до живих істот, правда, досі ведуться жваві дискусії), як і всі вимерлі істоти, які вдалося до теперішнього моменту виявити, володіють ДНК-геномами, а їх фенотип визначається кодованими в цих геномах різноманітними РНК і білками. Тим не менш, є вагомі причини вважати, що появі ДНК-білкового світу три з половиною мільярди років тому передували більш прості форми життя, заснованої на РНК.
Згідно з гіпотезою, остаточно сформованою Уолтером Гільбертом в 1986 році, під час епохи, званої «світом РНК», передана генетична інформація кодувалася в молекулах РНК, а фенотип проявлявся в ряді каталітичних властивостей РНК. Однак деталі роботи таких примітивних генетичних систем досі залишаються загадкою.
Нещодавно була запропонована гіпотеза про існування ще більш ранніх, ніж РНК-організми, форм життя, згідно з якою генетична інформація в перших живих системах могла передаватися за допомогою так званих пептидних нуклеїнових кислот (ПНК). Такі гіпотетичні полімерні молекули ПНК, зокрема, могли бути побудовані з мономерів N- (2-аміноетил) гліцину (АЕГ). Полімерні ланцюги ПНК, побудовані на основі АЕГ (див. малюнок), синтезовані і активно досліджуються. Зокрема, ряд фармацевтичних компаній вивчає можливість їх медичного застосування в якості «генетичних глушників», блокуючих роботу певних генів
. Однак для прийняття цієї оригінальної гіпотези до недавнього часу існувала досить серйозна перешкода - аміноетилгліцин в природі не виявлявся.
І ось, група американських і шведських вчених опублікувала в авторитетному журналі PLoS ONE результати своєї роботи, в якій їм вдалося виявити присутність АЕГ в деяких ціанобактеріях. Це відкриття є справді несподіваним і може призвести до перегляду наших уявлень про зародження життя на Землі. Цианобактерії
- одні з найбільш примітивних живих організмів, фотосинтетичні грамотрицьові бактерії; на ранніх етапах існування нашої планети вони були одними з найбільш важливих продуцентів атмосферного кисню. Найбільш стародавні скам'янілі останки ціанобактерій, виявлені в ранньоархейських шарах породи в Західній Австралії, датуються 3,5 мільярдами років тому. Ціанобактерії - організми-космополіти; деякі їхні представники, наприклад Prochlorococcus і Synechococcus, становлять значну частину океанічного пікопланктону, інші - населяють екстремальні екосистеми, такі як геотермальні джерела, гіперпольовані озера і вічну мерзлоту.
Автори вирішили дослідити зміст АЕГ у стерильних культурах штамів ціанобактерій з колекції Інституту Пастера. (АЕГ виявили у восьми штамах з усіх п'яти морфологічних груп, що належать як до азотфіксуючих, так і не здатних фіксувати азот ціанобактерій.) Вміст АЕГ у цих штамах був досить істотним і становив від 281 до 1717 нг/г загальної маси бактерій. Для підтвердження спостереження вчені вимірювали вміст АЕГ у ціанобактерій, що мешкають в природних умовах водойм пустель Монголії, морів Катару і річок Японії, і виявили, що вміст АЕГ в них в середньому навіть вище, ніж у стерильних культурах.
Геноми двох з досліджених штамів (Nostoc PCC 7120 і Synechocystis PCC 6803), на щастя, виявилися повністю розшифрованими, що дозволило авторам співвіднести рівень вмісту АЕГ зі ступенем філогенетичної спорідненості ціанобактерій. Виявилося, що, незважаючи на те, що їхні геноми збігалися всього на 37%, рівень продукції АЕГ у цих штамів був приблизно однаковий. Поряд зі здатністю всіх п'яти морфологічних груп ціанобактерій синтезувати АЕГ, цей факт говорить про те, що здатність продукувати АЕГ є високо консервативною та еволюційно примітивною особливістю цих організмів.
Метаболічні функції та еволюційна роль АЕГ поки залишаються невідомими. Тим не менш, отримані результати дозволяють, принаймні, не відкидати спокусливу гіпотезу, що присутність АЕГ у ціанобактеріях можна образно назвати «відлунням» найбільш ранніх етапів зародження життя на Землі, до появи «РНК-світу».
Ілюстрації: 1. Ціанобактерія Nostoc під мікроскопом. Великі клітини - гетероцисти, в яких відбувається фіксація азоту. 2. АЕГ [N- (2-аміноетил) гліцин] - мала молекула, здатна до формування ланцюга пептидної нуклеїнової кислоти (ПНК) шляхом полімеризації. A - мономер АЕГ. B - передбачувана роль АЕГ у формуванні ланцюгів ПНК. Три залишки АЕГ з'єднані з нуклеотидними підставами (Base) ацетильним зв'язком. С - передбачуваний патерн фрагментації похідного АЕГ 6-амінохіноліл-N-сукцинімідил-карбамата (співвідношення маса/заряд, m/z, - 459) в результаті сутичково-індукованої дисоціації, що призводить до утворення дочірніх іонів зі співвідношенням маса/заряд (m/z) 171, 214, 289 і 119.
Джерело: Sandra Anne Banack, James S. Metcalf, Liying Jiang, Derek Craighead, Leopold L. Ilag, Paul Alan Cox. Cyanobacteria Produce N-(2-Aminoethyl)Glycine, a Backbone for Peptide Nucleic Acids Which May Have Been the First Genetic Molecules for Life on Earth. PLoS ONE 7(11): e49043. doi:10.1371/journal.pone.0049043