Откритие подкрепя нова теория за живота на Земята

Учени работят върху нов химически модел за възникване на живота на Земята
(снимка: CC0 Public Domain)

Поредно научно откритие подкрепя една нова, изненадваща теория за това как е възникнал животът на нашата планета преди милиарди години. Тя се свежда до това, че появата на живот на Земята е резултат от РНК-ДНК смес.

Просто съединение диамидофосфат (DAP), което е присъствало на Земята преди още да възникне животът, би могло да влезе в химическа реакция с малки ДНК градивни елементи, наречени дезоксинуклеозиди, и така да се създадат нишки от първична ДНК, твърдят учени от Scripps Research.

Това е най-новото от поредица открития през последните няколко години, които свидетелстват за възможността ДНК (дезоксирибонуклеиновата киселина) и нейната близка химическа братовчедка РНК (рибонуклеинова киселина) да са възникнали заедно като продукти на подобни химични реакции и, че първите самовъзпроизвеждащи се молекули – първитe форми на живот на Земята – са смесица от двете, отбелязва Phys.org.

Откритието, публикавано в сп. Angewandte Chemie, може да доведе до нови практически приложения в химията и биологията, но основното му значение е, че адресира вековния въпрос за това как е възникнал животът на Земята. По-специално, то проправя пътя за по-обширни проучвания за това как самовъзпроизвеждащите се ДНК-РНК смеси биха могли да се развият и разпространят в първичната Земя и в крайна сметка да посеят по-зрялата биология на съвременните организми.

„Това откритие е важна стъпка към разработването на подробен химически модел за това как са възникнали първите форми на живот на Земята”, казва старшият автор на изследването д-р Раманараянанан Кришнамурти, доцент по химия в Scripps Research.

Изследването тласка химията за произхода на живота далеч отвъд хипотезата, която доминира през последните десетилетия – това е хипотезата „RNA World”, според която първите репликатори са базирани на РНК и, че ДНК възниква по-късно като продукт на РНК форми на живот.

Прекалено „лепкава” ли е РНК?

Кришнамурти и други учени се съмняват в хипотезата за „RNA World” отчасти, защото РНК молекулите може да са били твърде „лепкави”, за да служат като първи само-репликатори.

Нишка от РНК може да привлече други отделни градивни елементи на РНК, които се придържат към нея, за да образуват нещо като огледална структура – всеки градивен елемент в новата верига се свързва със своя допълнителен градивен елемент на оригиналната верига „шаблон”. Ако новата нишка може да се отдели от нишката на шаблона и по същия процес да започне да шаблонизира други нови нишки, тогава тя е постигнала подвига на самовъзпроизвеждането, който е в основата на живота.

Но докато РНК веригите могат да се справят добре в шаблонирането на допълващи нишки, те не са толкова добри в отделянето от тези нишки. Съвременните организми произвеждат ензими, които могат да принудят побратимените нишки на РНК – или ДНК – да вървят по своя път, като по този начин позволяват репликация, но не е ясно как е могло да се направи това в свят, в който ензимите все още не съществуват.

Химерно решение

Кришнамурти и неговите колеги показаха в скорошни изследвания, че „химерни” молекулни вериги, които са част ДНК и част РНК, може да са успели да заобиколят този проблем, тъй като са способни да моделират допълнителни вериги по по-малко лепкав начин, който им позволява да се отделят относително лесно.

През последните няколко години химиците също показаха в широко цитирани статии, че простият рибонуклеозид и дезоксинуклеозид – градивни елементи съответно на РНК и ДНК – може да са възникнали при много подобни химически условия на ранната Земя.

Освен това, през 2017 г. учените съобщиха, че органичното съединение DAP е могло да изиграе решаваща роля за модифициране на рибонуклеозидите и тяхното „нанизване” в първите РНК вериги. Новото изследване показва, че DAP, при подобни условия, е могъл да направи същото за ДНК.

„За наше учудване установихме, че използването на DAP за реакция с дезоксинуклеозиди работи по-добре, когато деоксинуклеозидите не са еднакви, а вместо това са смеси от различни „букви” на ДНК като A и T или G и C, подобно на реална ДНК”, казва първият автор на изследването д-р Еди Хименес, докторант в лабораторията на Кришнамурти.

„Сега, когато разбираме по-добре как първичната химия е могла да направи първите РНК и ДНК, можем да започнем да използваме [това знание] върху смеси от рибонуклеозид и дезоксинуклеозид градивни елементи, за да видим какви химерни молекули се образуват – и дали те могат да се самовъзпроизвеждат и еволюират”, казва Кришнамурти.

Според него, откритието може да има и широки практически приложения. Изкуственият синтез на ДНК и РНК – например в техниката PCR, която лежи в основата на тестовете за COVID-19 – представлява огромен глобален бизнес, но зависи от ензимите, които са относително крехки и поради това имат много ограничения. Силните, без ензими химични методи за получаване на ДНК и РНК може да се окажат по-привлекателни в много случаи, заключава Кришнамурти.