«На несколько вопросов о происхождении жизни получены ответы, но многое еще предстоит изучить», — заявили Стэнли Миллер и Гарольд Юри еще в 1959 году после сообщения о лабораторном синтезе аминокислот в примитивных земных условиях. В этой области достигнуто множество успехов, однако ученые уже давно решают фундаментальный вопрос: какой генетический материал первым сформировался на примитивной Земле? ДНК или РНК, или и то, и другое? Сейчас есть доказательства, позволяющие предположить, что ДНК и РНК могли сосуществовать в первичном супе, из которого формы жизни могли развиться с соответствующим генетическим материалом.
Центральная догма молекулярной биологии гласит, что ДНК создает РНК создает белки. Белки ответственны за большинство, если не за все реакции, происходящие в организме. Вся функциональность организма во многом зависит от их присутствия и взаимодействия белок молекулы. Согласно центральной догме, белки производятся из информации, содержащейся в ДНК который преобразуется в функциональный белок через мессенджер под названием РНК. Однако возможно, что сами белки могут выжить независимо, без каких-либо ДНК или РНК, как в случае с прионами (неправильно свернутыми белковыми молекулами, не содержащими ДНК или РНК), но могут выжить самостоятельно.
Таким образом, может быть три сценария возникновения жизни.
А) Если белки или их строительные блоки были способны абиотически формироваться в атмосфере, которая существовала миллиарды лет назад в первобытном бульоне, белки можно назвать основой происхождение жизни. Экспериментальное свидетельство в пользу этого прибывает из знаменитого эксперимента Стэнли Миллера.1, 2, который показал, что когда смесь метана, аммиака, воды и водорода смешиваются и циркулируют мимо электрического разряда, образуется смесь аминокислот. Это было снова подтверждено семь лет спустя.3 в 1959 году Стэнли Миллером и Гарольдом Юри заявили, что наличие восстановительной атмосферы на первичной Земле привело к синтезу органический соединения в присутствии вышеупомянутых газов плюс меньшие количества оксида углерода и диоксида углерода. Актуальность экспериментов Миллера-Юри на протяжении ряда лет подвергалась сомнению со стороны научного сообщества, считавшего, что газовая смесь, использованная в их исследованиях, была слишком редукционной по отношению к условиям, существовавшим на первичной Земле. Ряд теорий указывал на нейтральную атмосферу, содержащую избыток CO2 с N2 и водяными парами.4. Однако нейтральная атмосфера также была определена как подходящая среда для синтеза аминокислот.5. Кроме того, чтобы белки действовали как источники жизни, они должны самовоспроизводиться, что приводит к комбинации различных белков, чтобы удовлетворить различные реакции, происходящие в организме.
Б) Если в изначальном супе были созданы условия для строительных блоков ДНК и / или РНК, тогда любой из них мог быть генетическим материалом. До сих пор исследования предпочитали, чтобы РНК была генетическим материалом для происхождения форм жизни из-за их способности складываться сама по себе, существовать как единая цепь и действовать как фермент.6, способный производить больше молекул РНК. Ряд самовоспроизводящихся ферментов РНК7 были открыты на протяжении многих лет, что позволяет предположить, что РНК является исходным генетическим материалом. Это было дополнительно усилено исследованием, проведенным группой Джона Сазерленда, которое привело к образованию двух оснований РНК в среде, подобной изначальному супу, за счет включения фосфата в смесь.8. Формирование строительных блоков РНК также было продемонстрировано путем моделирования восстановительной атмосферы (содержащей аммиак, монооксид углерода и воду), аналогичной той, которая использовалась в эксперименте Миллера-Юри, с последующим пропусканием через них электрических разрядов и мощных лазеров.9. Если считать РНК источником, то когда и как возникла ДНК и белки возникают? Делал ДНК развиваться как генетический материал позже из-за нестабильной природы РНК и белков, которые последовали этому примеру. Ответы на все эти вопросы до сих пор остаются без ответа.
В) Третий сценарий, согласно которому ДНК и РНК могут сосуществовать в первобытном бульоне, который привел к возникновению жизни, был основан на исследованиях, опубликованных 3 декабря.rd Июнь 2020 г., группа Джона Сазерленда из лаборатории MRC в Кембридже, Великобритания. Исследователи смоделировали условия, существовавшие на древней Земле миллиарды лет назад, с помощью мелких прудов в лаборатории. Сначала они растворили в воде химические вещества, образующие РНК, затем высушили и нагрели их, а затем подвергли воздействию УФ-излучения, имитирующего солнечные лучи, существовавшие в первобытные времена. Это привело не только к синтезу двух строительных блоков РНК, но и ДНК, что позволяет предположить, что обе нуклеиновые кислоты сосуществовали во время зарождения жизни.10.
Основываясь на современных знаниях, существующих сегодня и соблюдая центральную догму молекулярной биологии, кажется правдоподобным, что ДНК и РНК сосуществовали, что привело к возникновению жизни, а образование белков произошло / произошло позже.
Однако автор хочет выдвинуть гипотезу о другом сценарии, в котором все три важные биологические макромолекулы, а именно. ДНК, РНК и белок существовали вместе в изначальном супе. Беспорядочные условия, существовавшие в изначальном супе, включая химическую природу земной поверхности, извержения вулканов и присутствие таких газов, как аммиак, метан, окись углерода, двуокись углерода вместе с водой, возможно, были идеальными для образования всех макромолекул. Намек на это был дан в исследовании, проведенном Ferus et al., Где азотистые основания были образованы в одной и той же восстановительной атмосфере.9 использованный в эксперименте Миллера-Юри. Если верить этой гипотезе, то в ходе эволюции разные организмы переняли тот или иной генетический материал, который способствовал их дальнейшему существованию.
Однако по мере того, как мы пытаемся понять происхождение форм жизни, необходимы дальнейшие исследования, чтобы ответить на фундаментальные и актуальные вопросы о том, как возникла и распространялась жизнь. Это потребует нестандартного подхода, без опоры на какие-либо предрассудки, привнесенные в наше мышление нынешними догмами, которым следуют в науке.
Ссылки:
1. Миллер С., 1953. Производство аминокислот в возможных примитивных земных условиях. Наука. 15 мая 1953 г .: Vol. 117, Issue 3046, pp. 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Бада Дж. Л., Ласкано А. и др., 2003. Пребиотический суп - новый взгляд на эксперимент Миллера. Наука 02 мая 2003 г .: Vol. 300, Issue 5620, pp. 745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Миллер С.Л. и Юри Х.С., 1959. Синтез органических соединений на первобытной Земле. Science 31 июля 1959 г .: Vol. 130, Issue 3370, pp. 245-251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Кастинг Дж. Ф., Ховард М. Т.. 2006. Состав атмосферы и климат на ранней Земле. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361: 1733–1741 (2006). Опубликовано: 07 сентября 2006 г. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Кливз Х. Дж., Чалмерс Дж. Х. и др., 2008. Переоценка пребиотического органического синтеза в нейтральных планетных атмосферах. Orig Life Evol Biosph 38: 105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Зауг, AJ, Чех Т.Р. 1986. Промежуточная последовательность РНК Tetrahymena является ферментом. Science 31 января 1986 г .: Vol. 231, Issue 4737, pp. 470-475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Вохнер А., Аттуотер Дж. И др. 2011. Катализируемая рибозимами транскрипция активного рибозима. Наука 08 апр. 332, Issue 6026, pp. 209-212 (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Паунер М., Герланд Б. и Сазерленд Дж., 2009. Синтез активированных пиримидин-рибонуклеотидов в предбиотически приемлемых условиях. Природа 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ферус М., Пьетруччи Ф. и др., 2017. Образование азотистых оснований в восстановительной атмосфере Миллера – Юри. PNAS 25 апреля 2017 г. 114 (17) 4306-4311; впервые опубликовано 10 апреля 2017 г. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Сюй Дж., Чмела В., Грин Н. и др. 2020 Селективное пребиотическое образование РНК-пиримидина и ДНК пуриновые нуклеозиды. Природа 582, 60–66 (2020). Опубликовано: 03 июня 2020 г. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
