С чего началась жизнь - с самовоспроизводства молекул или с обмена веществ?
Сто лет назад биологи не могли понять, как на Земле могла зародиться жизнь. Современные биохимики бьются над «обратной» головоломкой – они знают слишком много пребиотических химических процессов, способных создать клетки. Трудно понять, по какомуименно из этих путей пошло развитие жизни?
Идея первозданного «РНК-мира» была выдвинута уже пятьдесят лет назад. За это время ученые выяснили, что биологические соединения (ДНК, белки, клеточные мембраны) могут возникать и в рамках пребиотического мира. Но есть одно небольшое «но»: для этих преобиотических процессов требуются борон, молибден и другие редкие минералы, которые в нужном количестве присутствуют только на Марсе. Кроме того, между синтезом этих соединений и Жизнью – огромный разрыв: неясно, как от случайного синтеза природа перешла к их репликации (воспроизводству).
Авторы последнего исследования по биогенезу, опубликованного в журнале Science, «биохимические процессы происходили в геологическом временном масштабе: «слабый репликатор мог функционировать много миллионов лет, пока не выстроится цикл обратной связи, порождающий чуть более эффективный репликатор».
А дальше непонятно, сколько миллионов лет должно было пройти, прежде чем улучшенный репликатор начал использовать чистые вещества (вроде рибозы) и искать их среди бесконечного разнообразия неорганических соединений. Но как только «репликатор стабилизировал воспроизводство нужных соединений… цикл обратной связи, ведущий к эволюции дополнительных катализаторов [ферментов, выполняющих другие метаболические функции, чем репликация] уже крайне сложно было остановить».
Но есть и другая точка зрения – что сначала появился обмен веществ, а лишь потом репликация. Необходимые ингредиенты для связывания углерода (преобразования углекислого газа в органические вещества) имелись около гидротермальных источников. Согласно этой модели, биогенез не нуждался в «импорте» минералов с Марса. При появлении некоторых важных метаболитов, «вероятность “запуска” самостоятельно полимеризирующихся рибозимов [РНК-ферментов] становится вполне реальной».
Рибозимы (молекулы РНК, обладающие ферментативной активностью) безусловно необходимы для «РНК-мира». Для них даже не нужна чистая рибоза – «позвоночником» РНК могут быть и другие соединения. Ученые уже обнаружили рибозимы, способные не только соединить две молекулы РНК, но и непосредственно копировать их. Как только эта способность копировать начинает автоматически воспроизводиться, молекуле останется лишь обзавестись защитной емкостью для нужных ей химических веществ, и периодически делиться надвое. Вуаля – перед нами протоклетка.
По материалам Ars Technica.
Артём Космарский nauka21vek.ru