Химики нашли новое объяснение возникновению жизни на Земле

Ученые-химики предложили новую модель, объясняющую появление на Земле первых биологических молекул миллиарды лет назад, которые дали начало развитию жизни, сообщается в статье в журнале Nature.

Сегодня все биологические молекулы, передающие наследственную информацию от организма к его потомству - такие, как ДНК и РНК, синтезируются в живых организмах направленно с помощью других биологических молекул - ферментов. Однако в далеком прошлом такие молекулы должны были сформироваться спонтанно химическим путем в условиях окружающей среды.

Считается, что первой подобной молекулой наиболее вероятно была короткая цепочка РНК, однако, как она могла возникнуть в природе сама собой, ученые не понимали до сих пор. Молекула РНК - длинная цепочечная молекула, состоящая из единичных звеньев - нуклеотидов. Каждый из нуклеотидов в свою очередь состоит из трех составных частей - молекулы азотистого основания, углевода рибозы и остатка фосфорной кислоты.

Долгое время ученые полагали, что эти составные части нуклеотидов сформировались по отдельности и впоследствии объединялись в длинные молекулы РНК. В этих соображениях ученые исходили из разницы химических свойств кислородсодержащих органических соединений, к которым относится рибоза, и азотсодержащих, к которым относятся основания - аденин, цитозин, гуанин и урацил, входящие в состав нуклеотидов. Если бы химические предшественники этих молекул находились в одном растворе, это неизбежно привело бы к их беспорядочному взаимодействию с образованием тысяч побочных продуктов, среди которых выделение нуклеотидов было бы просто невозможно.

Однако однажды образованные по отдельности азотистые основания и рибоза в природных условиях взаимодействовать с образованием нуклеотидов не могут, что до сих ставило ученых в тупик.

Джон Сазерленд (John Sutherland) из Манчестерского университета в Великобритании и его коллеги разрешили эту проблему, доказав, что в случае некоторых рибонуклеотидов сочетание углевода рибозы и азотистого основания могло сформироваться из одних и тех же химических молекул и без участия ферментов.

Секрет этого процесса кроется в присутствии в реакционной среде остатков фосфорной кислоты, которые включаются в состав нуклеотидов только на последней стадии. Тем не менее, их присутствие необходимо с самого начала цепочки превращений для контроля трех первоначальных стадий, в которых это неорганическое соединение выступает в качестве катализатора и предотвращает протекание побочных процессов.

Другими исходными компонентами для этой реакции наряду с фосфатными ионами являются простые органические молекулы: цианамид, цианоацетилен, гликольальдегид и глицеральдегид, которые были в избытке в климатических условиях доисторической Земли.

На определенном этапе этого спонтанного химического синтеза образуется химическое соединение - 2-амнооксазол. Это соединение отличается большой летучестью, а потому ученые полагают, что в условиях "пребиотического супа" - смеси органических и неорганических молекул в воде, из которой в последствии и сформировались биологические молекулы, оно могло быть выделено и очищено от примесей возгонкой.

Днем при солнечном освещении и нагревании это соединение испарялось, а ночью при охлаждении оседало обратно в концентрированной форме, которую можно назвать "органическим снегом". После этого превращение аминооксазола в нуклеотид, содержащий рибозу с присоединенным к ней азотистым основанием требует всего нескольких стадий.