Борат — это не только всем известный комедийный персонаж, но и название группы минералов, являющихся солями ортоборной кислоты. Новые исследования показывают, что именно они могли сыграть ключевую роль в возникновении жизни на Земле.
Пребиотическая химия на ранней Земле
Переход от простой химии к сложной биологии молекул, давших начало жизни, является загадкой, которую ученые пытаются разгадать уже столетия.
Новое исследование показывает, что условия на Земле около 4,3 млрд лет назад (Ga) были благоприятны для естественного образования РНК, первой информационной молекулы, поддерживающей биологию и эволюцию. В то время в атмосфере Земли преобладали углекислый газ, азот, водяной пар и сернистый газ, которые химически восстанавливались под влиянием падающих на планету крупных астероидов, временно создавая условия, которые, возможно, способствовали образованию РНК.
Одним из удивительных открытий, сделанных исследователями, было то, что минерал борат, который, как ожидалось, должен препятствовать важным пребиотическим процессам, присоединяясь к ключевым ингредиентам и предотвращая дальнейшие реакции, на самом деле имел противоположный эффект. Борат способствовал химическим реакциям, удаляя нежелательные побочные продукты и поддерживая уровень pH, необходимый для синтеза РНК.
Возвращение к гипотезе «РНК первая»
В пребиотической химии существует несколько гипотез, которые пытаются понять, что было первым и какие процессы привели к образованию биомолекул, что, в конечном итоге, привело к возникновению жизни. Одной из таких теорий является гипотеза «РНК первая», или «мир РНК», которая утверждает, что РНК появилась раньше ДНК или белков, выступая в качестве химического катализатора и генетического плана. Она также предполагает, что самые первые формы жизни полагались на способность РНК к саморепликации.
В рамках этого исследования ученые рассмотрели модель дискретного синтеза (DSM), которая объясняет, как РНК могла образоваться в реалистичных условиях на ранней Земле или Марсе в период зарождения жизни.
Модель предлагает шесть взаимосвязанных этапов, начиная с преобразования газов в ранней атмосфере Земли в пентозные сахара, такие как рибоза, и заканчивая связыванием нуклеотидных предшественников РНК в цепочки РНК с помощью катализа на вулканическом базальтовом стекле.
Предыдущие исследования подтвердили каждый из этих этапов в лабораторных условиях. Непонятным оставалось, могут ли они происходить вместе в реальных природных условиях без вмешательства человека.
Имитация ранней планеты и роль бората в химических реакциях
Исследователи хотели определить, все ли шесть этапов совместимы и могут работать вместе в природной среде без вмешательства человека. Другим объектом их внимания был борат, играющий ключевую роль во многих этапах модели дискретного анализа, от руководства формированием пятиуглеродных сахаров из простых углеводов до контроля за тем, как фосфатные группы связываются с другими ингредиентами, участвующими в реакциях.
Чтобы ответить на эти вопросы, команда воспроизвела в лаборатории условия древнейшей Земли, моделируя подземные водные системы, окруженные настоящим вулканическим базальтом, который периодически высыхал и затапливался. Чтобы проверить, может ли РНК образовываться непрерывно без вмешательства, они объединили все ингредиенты одновременно в одном контейнере.
Эксперименты показали, что шестиступенчатый путь модели дискретного анализа может происходить без вмешательства человека в подземных водных системах, богатых боратами и окруженных базальтовыми породами. В химически сбалансированных условиях реакции превращали бы очень простые молекулы в цепочки РНК, которые могут вырастать до 100-200 единиц в длину.
Сначала команда опасалась, что борат может тормозить реакции, но эксперименты показали, что минерал действительно способствует реакциям и удаляет нежелательные побочные продукты. Эти открытия могут приблизить нас к окончательной разгадке тайны происхождения жизни.
По материалам phys.org
