Борат — це не лише всім відомий комедійний персонаж, а й назва групи мінералів, що є солями ортоборної кислоти. Нові дослідження свідчать, що саме вони могли відіграти ключову роль у виникненні життя на Землі.
Пребіотична хімія на ранній Землі
Перехід від простої хімії до складної біології молекул, що дали початок життю, є загадкою, яку науковці намагаються розгадати вже протягом століть.
Нове дослідження показує, що умови на Землі близько 4,3 млрд років тому (Ga) були сприятливими для природного утворення РНК, першої інформаційної молекули, що підтримує біологію та еволюцію. У той час в атмосфері Землі переважали вуглекислий газ, азот, водяна пара та сірчистий газ, які хімічно відновлювалися під впливом великих астероїдів, що падали на планету, тимчасово створюючи умови, які, можливо, сприяли утворенню РНК.
Одним із дивовижних відкриттів, зроблених дослідниками, було те, що мінерал борат, який, як очікувалося, мав перешкоджати важливим пребіотичним процесам, приєднуючись до ключових інгредієнтів і запобігаючи подальшим реакціям, насправді мав протилежний ефект. Натомість борат сприяв хімічним реакціям, видаляючи небажані побічні продукти та підтримуючи рівень pH, необхідний для синтезу РНК.
Повернення до гіпотези «РНК перша»
У пребіотичній хімії існує кілька гіпотез, які намагаються зрозуміти, що було першим і які процеси спричинили утворення біомолекул, що, зрештою, призвело до виникнення життя. Однією з таких теорій є гіпотеза «РНК перша», або «світ РНК», яка стверджує, що РНК з’явилася раніше за ДНК або білки, виступаючи як хімічний каталізатор і генетичний план. Вона також припускає, що найперші форми життя покладалися на здатність РНК до самореплікації.
У межах цього дослідження вчені розглянули модель дискретного синтезу (DSM), яка пояснює, як РНК могла утворитися в реалістичних умовах на ранній Землі або Марсі в період зародження життя.
Модель пропонує шість взаємопов’язаних етапів, починаючи з перетворення газів у ранній атмосфері Землі на пентозні цукри, такі як рибоза, і завершуючи зв’язуванням нуклеотидних попередників РНК у ланцюжки РНК за допомогою каталізу на вулканічному базальтовому склі.
Попередні дослідження підтвердили кожен із цих етапів у лабораторних умовах. Незрозумілим залишалося, чи можуть всі вони відбуватися разом у реальних природних умовах без втручання людини.
Імітація ранньої планети та роль борату в хімічних реакціях
Дослідники хотіли визначити, чи всі шість етапів сумісні й можуть працювати разом у природному середовищі без втручання людини. Іншим об’єктом їхньої уваги був борат, який відіграє ключову роль у багатьох етапах моделі дискретного аналізу, від керівництва формуванням п’ятивуглецевих цукрів з простих вуглеводів до контролю за тим, як фосфатні групи зв’язуються з іншими інгредієнтами, що беруть участь у реакціях.
Щоб відповісти на ці запитання, команда відтворила в лабораторії умови стародавньої Землі, моделюючи підземні водні системи, оточені справжнім вулканічним базальтом, який періодично висихав і затоплювався. Щоб перевірити, чи може РНК утворюватися безперервно без втручання, вони поєднали всі інгредієнти одночасно в одному контейнері.
Експерименти показали, що шестиступеневий шлях моделі дискретного аналізу може відбуватися без втручання людини в підземних водних системах, багатих на борат і оточених базальтовими породами. У хімічно збалансованих умовах реакції перетворювали б дуже прості молекули на ланцюжки РНК, які можуть виростати до 100–200 одиниць у довжину.
Спочатку команда побоювалася, що борат може гальмувати реакції, але експерименти показали, що мінерал насправді сприяє реакціям і видаляє небажані побічні продукти. Ці відкриття можуть наблизити нас на крок до остаточної розгадки таємниці походження життя.
За матеріалами phys.org
