Попередники всіх необхідних біомолекул могли вийти в результаті схожих хімічних реакцій і з однакової хімічної сировини.
Життя на Землі починалося з молекул, які могли створювати копії самих себе і, мабуть, були схожі на сучасні РНК і ДНК. Однак проблема в тому, що сучасні нуклеїнові кислоти потребують допомоги білків, щоб зробити власну копію. Але самі білки неможливо створити без нуклеїнових кислот - інформація про амінокислотну послідовність закодована в нуклеотидах ДНК. Виходить, якби нуклеїнові кислоти були першими на Землі, вони б не змогли залишати «потомство», а якщо першими були білки - то де зберігалася інформація про білкові молекули?
Цю проблему вдалося вирішити, коли виявилося, що існують РНК з каталітичними властивостями, які можуть здійснювати хімічні реакції без допомоги білків - вони отримали назву рибозимів. Більш того, виявилося, що деякі з таких РНК здатні створювати собі подібних. Так народилася гіпотеза «світу РНК», згідно з якою життя на Землі почалося в первинному хімічному супі, заповненому найдавнішими РНК, які копіювали самих себе. Але чи могли такі реакції йти просто в безкрайньому доісторичному розчині? Повинні були бути якісь мікрореактори, які не давали б розбігатися реагентам далеко один від одного. Таку реакційну мікроосередок могла б сформувати ліпідна мембрана, але для синтезу ліпідів знову ж необхідні білки, а білків у нас в світі РНК поки що немає. (Втім, тут варто зауважити, що останнім часом з'являються гіпотези, які пропонують на роль хімічних реакторів мікропори в мінеральних породах на дні стародавнього океану.)
Нарешті, чи не найважче заперечення проти РНК-світу полягає в складності будівельних «цеглин» для таких молекул. Рибонуклеотиди, які служать мономерами для РНК, зараз синтезуються за допомогою білків, і структура їх досить непроста. Тому існує ще одна гіпотеза, яка робить життя на Землі зобов'язаною якимось металевим каталізаторам, за допомогою яких спочатку був створений якийсь каркас метаболічних реакцій, які допомогли створити необхідні «напівфабрикати» для синтезу вищих біомолекул. Тут можна згадати дворічної давнини роботу дослідників з Інституту Санта-Фе, присвячену походженню сучасних біохімічних реакцій з геохімічних процесів.
Однак, як виявилося, стародавні РНК могли обійтися і без допомоги якихось інших каталізаторів. У 2009 році Джон Сазерленд (John Sutherland) з Кембриджа разом зі своїми співробітниками опублікував статтю, в якій говорилося, що два з чотирьох рібонуклеотидів можна створити з дуже простої сировини - ацетилену і формальдегіду. Важливо, що тут ніяких каталізаторів не було потрібно, достатньо було відтворити умови, які імовірно були в ті часи в первинному супі на поверхні Землі. Однак формальдегід з ацетиленом виявилися все ж недостатньо прості, щоб переконати скептиків у можливості такого сценарію зародження життя.
І ось у Nature Chemistry з'являється нова стаття все тих же Джона Сазерленда з колегами: цього разу дослідники стверджують, що в створенні попередників нуклеїнових кислот можна взагалі обійтися одними лише ціаністим воднем (HCN), сірководнем (H2S) і ультрафіолетовим випромінюванням. Більш того, з них же можна зробити попередників для амінокислот і ліпідних молекул. Зрозуміло, всі вони виходять з сірководню і ціаністого водню не в одну реакцію, проте важливо те, що всі «молекули життя» можна отримати з однієї і тієї ж сировини і за допомогою схожого набору реакцій. І ліпідні мембрани, і білки-каталізатори, і РНК-подібні реплікатори могли статися від одного «спільного предка».
Ціаністий водень в достатку зустрічається в метеоритах, і на Землю він міг потрапити якраз з ними: у перші кілька сотень мільйонів років земної історії метеоритні дощі йшли безперервно. Також HCN міг виходити з вуглецю, азоту і водню прямо на місці, при зіткненні гостя з космосу з земною поверхнею. У цьому сенсі життя і справді прибуло ззовні - правда, у вигляді найпростішої хімічної сировини. Що ж до сірководню, то його на Землі як вважається, було тоді і без того багато.
Однак без каталізаторів тут все ж не обійтися: наприклад, щоб отримати різні набори молекул-попередників (для рібонуклеотидів, для амінокислот і для складових ліпідів), потрібні різні метали-помічники, які будуть направляти перетворення сірководню і ціаністого водню різними шляхами. Так що нові дані одночасно говорять про те, що вихідна сировина могла бути виключно простою, і також про те, що якісь елементарні каталізатори все одно були необхідні.
Відмінності в хімії та енергетиці описаних реакцій досить невеликі, так що формування тих чи інших попередників могло відбуватися буквально пліч-о-пліч, в сусідніх хімічних нішах. Реакційні суміші могли потім змішуватися, наприклад, через дощі, так що «пра-рібонуклеотиди» і «пра-амінокислоти» починали взаємодіяти між собою, запускаючи наступний етап еволюції. Втім, як насправді все тоді відбувалося, ми навряд чи дізнаємося без машини часу - але може статися і так, що в один прекрасний день в якій-небудь науковій лабораторії життя зможе ще раз зародиться з нуля.
Підготовлено за матеріалами ScienceNOW.