«Были даны ответы на несколько вопросов о происхождении жизни, но многое еще предстоит изучить», - сказали Стэнли Миллер и Гарольд Юри еще в 1959 году после сообщения о лабораторном синтезе аминокислот в примитивных земных условиях. Многие успехи в этой области, но ученые уже давно пытаются решить фундаментальный вопрос - какой генетический материал первым должен был сформироваться на примитивной Земле, ДНК или РНК, или немного того и другого? Теперь есть данные, позволяющие предположить, что ДНК и РНК могли сосуществовать в первобытном бульоне, откуда, возможно, эволюционировали формы жизни с соответствующими генетическими материалами.
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 превращается в функциональный белок с помощью мессенджера, называемого РНК. Однако возможно, что сами белки могут выживать независимо без какой-либо ДНК или РНК, как в случае с прионами (неправильно свернутыми белковыми молекулами, не содержащими ДНК или РНК), но могут выживать сами по себе.
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 in 1959 by Stanley Miller and Harold Urey stating that the presence of reducing atmosphere in primordial earth gave rise to synthesis of органический compounds in the presence of above-mentioned gases plus smaller amounts of carbon monoxide and carbon dioxide. The relevance of Miller-Urey experiments was questioned by the scientific fraternity for a number of years, who thought that the gas mixture used in their research was too reducing with respect to the conditions that existed on primordial Earth. A number of theories pointed towards a neutral atmosphere containing an excess of CO2 with N2 and water vapor4. 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, что создательницей была РНК, то когда и как появились ДНК и белки? Развилась ли ДНК как генетический материал позже из-за нестабильной природы РНК, и белки последовали ее 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 года, группа Джона Сазерленда из лаборатории MRC в Кембридже, Великобритания. Исследователи смоделировали условия, существовавшие на исконной Земле миллиарды лет назад, с мелкими прудами в лаборатории. Сначала они растворили химические вещества, которые образуют РНК, в воде, затем высушили и нагрели их, а затем подвергли УФ-излучению, имитирующему солнечные лучи, существовавшие в изначальные времена. Это привело не только к синтезу двух строительных блоков РНК, но также и ДНК, предполагая, 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. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 Селективное пребиотическое образование пиримидиновых РНК и пуриновых нуклеозидов ДНК. Nature 582, 60–66 (2020). Опубликовано: 03 июня 2020 г. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
