„ | А кто создал тех, кто создал жизнь? | “ |
Одна из главных научных проблем, над которой работают ученые по всему миру, — происхождение жизни на Земле. За последние десятилетия в этой области достигнуто немало успехов, например разработана концепция РНК-мира. Однако до сих пор неизвестно, как именно возникли молекулы, послужившие первыми «кирпичиками» жизни. В журнале Science вышла статья, отвечающая, пожалуй, на самый важный вопрос: откуда взялись нуклеотиды, из которых состоит РНК. «Лента.ру» раскрывает подробности исследования и рассказывает о его значении.
Согласно современным научным представлениям, жизнь зародилась благодаря органическим соединениям, которые реагировали друг с другом, создавая ключевые молекулы — нуклеозиды. Нуклеозид, как известно, образован сахаром рибозой или дезоксирибозой и одним из пяти азотистых оснований: аденином, гуанином, тимином, цитозином или урацилом. Нуклеозиды — предшественники нуклеотидов, из которых, в свою очередь, состоят ДНК и РНК. Чтобы нуклеозид превратился в нуклеотид, необходим дополнительный компонент — остатки фосфорной кислоты.
Почему на первый план выходят именно нуклеозиды? На этот вопрос отвечает научная концепция, известная как гипотеза РНК-мира и полагающая, что именно РНК стояла у истоков зарождения жизни. Молекулы рибонуклеиновых кислот первыми осуществили катализ химических реакций в первичном бульоне, научились копировать себя и друг друга и, что самое главное, нести в себе наследственную информацию. Такие РНК называются рибозимами. Если какая-нибудь молекула РНК обладала способностью синтезировать свои собственные копии, то это свойство передавалось из поколения в поколение. Иногда копированию сопутствовали ошибки, в результате чего новые РНК обзаводились мутациями.
Мутации могли серьезно навредить каталитическим свойствам молекул, но могли и изменить РНК, наделив ее новыми способностями. Например, ученые обнаружили, что некоторые мутации ускоряют процесс самокопирования, и измененные рибозимы через некоторое время начинают доминировать над «нормальными». Молекулярные биологи под руководством Брайана Пегеля из Исследовательского института имени Скриппса в Калифорнии наблюдали, как ферментативная активность рибозимов в процессе трехдневной эволюции в условиях лаборатории увеличилась в 90 раз. Поэтому даже если рибозимы изначально не отличались особой активностью, молекулярная эволюция могла превратить их в идеальные каталитические машины.
Тем не менее гипотеза РНК-мира наталкивается на ряд трудностей. Например, неизвестно, как мог происходить абиогенный, то есть без участия живых организмов, синтез первых рибозимов. Хотя в пользу РНК-мира найдено множество аргументов, ключевой вопрос — как он возник — остается камнем преткновения.
Некоторые ученые предполагают, что химические соединения, из которых сформировались нуклеозиды, не могли возникнуть в земных условиях, а были занесены на планету из космоса. Стоит заметить, однако, что проблема связана именно с пуриновыми нуклеозидами — аденозином и гуанозином, содержащими аденин и гуанин соответственно. Для пиримидиновых молекул, содержащих цитозин, тимин или урацил, известны пути синтеза, которые вполне могли бы существовать при зарождении жизни. Химические реакции, действующие по принципу домино, приводят к образованию большого количества необходимых пиримидинов.
Ученые предложили возможный путь образования пуриновых нуклеозидов, однако он способен привести к появлению многих других соединений, среди которых нужные нуклеозиды составляли бы лишь малую долю. Просто отмахнуться от пуринов не получится, поскольку они не только неотъемлемые компоненты РНК и ДНК, но также образуют аденозинтрифосфат (АТФ), участвующий в обмене энергии и веществ в организме, и гуанозинтрифосфат, служащий источником энергии для синтеза белка.
Простой путь образования такого нуклеозида, как аденозин, — соединение аденина с рибозой в присутствии NH4OH. Рибоза присоединяется к одному из атомов азота аденина, вот только у него их несколько, и лишь азот в девятом положении должен участвовать в синтезе аденозина. Кроме того, оказывается, что этот атом азота не очень-то и реакционноспособен. Значит, если гипотеза РНК-мира верна (что более чем вероятно), должен существовать какой-то другой способ синтеза аденозина и гуанозина в первичном бульоне.
В новом исследовании ученые предложили другой путь синтеза пуриновых нуклеозидов, решающий проблему и усиливающий позицию концепции мира РНК. Все начинается с молекул аминопиримидина, которые легко формируются из такого простого соединения, как NH4CN. Происходит это через образование гуанидина, он затем реагирует с аминомалонитрилом, в результате чего возникает молекула тетрааминопиримидина. Она легко окисляется в кислородсодержащей среде, однако остается стабильной в бескислородной атмосфере, характерной для Земли до зарождения жизни. Кроме тетрааминопиримидина, могут образовываться и другие похожие молекулы: триаминопиримидинон и триаминопиримидин. Все эти соединения хорошо растворимы в воде.
Самое важное, у всех трех аминопиримидинов реакционноспособен только определенный атом азота, и это решает проблему участия в реакции других атомов, что характерно для аденина. Подкисленная среда приводит к тому, что атомы азота в кольце присоединяют протоны и блокируют все внешние аминогруппы, кроме одной, находящейся в пятой позиции. При нагревании смеси аминопиримидинов и муравьиной кислоты образуется лишь одно возможное соединение — формамидопиримидин. Выход продукта в реакции составляет от 70 до 90 процентов.
Формамидопиримидин, несмотря на свою схожесть с пуринами, лишен их недостатков. Атом азота в девятом положении, как выяснилось, наиболее реакционноспособен, и реакция с рибозой в щелочной среде всегда приводит к одному и тому же результату: синтезу углеродных скелетов для пуриновых нуклеозидов. Интересно, что формамидопиримидин активно участвует в образовании рибозы из гликольальдегида и глицеральдегида, облегчая синтез нуклеозидов в аммиачной среде. В общем, ученым удалось открыть путь формирования предшественников нуклеотидов из простейших производных аммиака. Такие производные были недавно найдены на комете Чурюмова — Герасименко, что подтверждает точку зрения об активном участии комет в снабжении Земли всем необходимым для возникновения жизни.
Однако химическая эволюция вызывает еще множество вопросов, и чтобы на них ответить, потребуются усилия исследователей всего мира. Полная картина абиогенеза должна описывать не только возникновение нуклеотидов и других органических молекул без участия живых организмов, но и их взаимодействие в условиях ранней Земли, взаимодействие, которое привело к формированию первых клеток.
Александр Еникеев
Комментирование разрешено только первые 24 часа.
16 +16−0 | Anton Davidenko | 02:03:42 13/05/2016 | ||||||
| ||||||||
А кто создал тех, кто создал жизнь? |
12 +15−3 | Yemelya Kolovrat | 01:26:54 13/05/2016 | ||||||
| ||||||||
Жизнь прекрасна. А все говно которое в ней есть это уже ваших рук дело, либо ваше к тому отношение. |
11 +12−1 | Paremoremo | 02:21:56 13/05/2016 |
Спорим, вы пролистали 98% текста статьи!? |
8 +10−2 | Андрей Воробьев | 08:45:50 13/05/2016 | ||||||
| ||||||||
Ключевое слово тут - ПОКА |
8 +10−2 | Василий Алибабаевич | 02:57:54 13/05/2016 |
Химия, время на эволюцию и никакого мистицизма, сплошная религиозная печаль) |
8 +8−0 | Злоцараптор | 01:22:29 13/05/2016 |
старейшины жизнь на этой планете создали, правда вот ещё есть древние, которых старейшины сами опасались ? (по мотивам Лавкрафта) |
7 +7−0 | Боцман Стар | 07:23:04 13/05/2016 |
На фотке, в небесах явные следы пролетевшего Макаронного Монстра и это все объясняет. |
7 +7−0 | Matt Again | 06:12:34 13/05/2016 | ||||||
| ||||||||
В свое время в Америке была шутка, что Джордж Буш младший - самый сильный аргумент против разумного проектирования (intelligent design - по сути, сотворение жизни кем-то типа бога): никто разумный такое бы не спроектировал (nobody intelligent would ever design that). |
7 +10−3 | ВамЗнать НеЗачем | 04:58:03 13/05/2016 | ||||||
| ||||||||
Объективно говоря - вы херню сморозили. Никаких доказательств этому нет и не копятся. Это ваше "все больше" из разряда конспирологических теорий и передач Рен-ТВ для лохов. |
6 +9−3 | Полиграф Шариков | 07:44:19 13/05/2016 | ||||||
| ||||||||
А ты проследи за собой, ты своими высерами засираешь ветку. Так же у тебя происходит и в жизни, а потом ты орёшь что вокруг говно ))) |
5 +5−0 | Ленар Фархулин | 15:15:02 13/05/2016 | ||||||
| ||||||||
И это слово было: "упс" |
5 +5−0 | Matt Again | 06:15:03 13/05/2016 |
Комментарий удалён. | ||
Журналисты - самые гармоничные люди на земле: не знают совсем ничего, но зато обо всем. |
5 +6−1 | Сергей Фокин | 04:55:57 13/05/2016 |
Вообще то эксперименты по созданию живых клеток из неживых элементов были проведены уже более полувека назад. И вроде проблема упирается ни в то, как появилась жизнь, а каким образом стали появляться многоклеточные структуры. Согласно этой концепции в космосе на множестве объектов есть все необходимое для появления жизни (хотя бы простейшей). Потому и надеются найти. |
5 +11−6 | Ilya Sv | 01:18:53 13/05/2016 | ||||||
| ||||||||
такое гофно не могли создать искусственно. это аморально |
4 +5−1 | rr rr | 14:18:07 13/05/2016 |
В РПЦ прочитали данную статью настороженно и с недоумением. На всякий случай начали готовить обращение об оскорблении чувств верующих. |
4 +4−0 | Lilah Kin | 09:49:41 13/05/2016 | ||||||
| ||||||||
В статье речь о том, что из космоса могли быть привнесены соединения, которые "помогли" ей зародиться |
3 +3−0 | N V | 20:55:30 13/05/2016 | ||||||
| ||||||||
Мы, жители Плутона, уже давно наблюдаем за вами, плодами нашего творения! |
3 +3−0 | Олександэръ Косякин | 14:45:54 13/05/2016 | ||||||
| ||||||||
Совершенно нормальный вопрос. |
3 +4−1 | Адьес Амигос | 09:40:44 13/05/2016 | ||||||
| ||||||||
неверный ответ. Есть масса теорий на этот счет:) |
3 +3−0 | Pavel Popov | 09:20:23 13/05/2016 | ||||||
| ||||||||
по поводу коллоидов, слипания и симбиоза клеток - полно научных трудов. Сложность как раз в лабораторном повторении самозарождения самовоспроизводящейся РНК из некоего бульона |