Физики объяснили, как зародилась жизнь на жаркой и закисленной юной Земле
В понимании происхождения жизни существует фундаментальная проблема: как молекулы РНК могли запустить эволюцию и сформировать первые клетки, если самих клеток (оболочек), способных удержать их вместе, еще не существовало? В «первичном бульоне» ранней Земли уязвимые биомолекулы просто распались бы.
Ответ кроется в уникальной способности РНК самоорганизовываться в капли, похожие на жидкость, — так называемые конденсаты. Эти безмембранные структуры могли концентрировать молекулы в одном месте, защищая их от горячей и кислой среды. Исследование ученых из Университета в Баффало, опубликованное в журнале Nature Communications, впервые объяснило химический секрет этого процесса. Оказалось, что ничтожная химическая разница всего в один атом кислорода делает РНК гораздо более склонной к образованию «капель» по сравнению с ДНК.
Секретное оружие РНК
Ученые сравнили способность к конденсации у РНК и одноцепочечной ДНК с практически идентичной последовательностью нуклеотидов.
Эксперименты показали, что РНК начинает собираться в капли при температуре примерно на 10 градусов Цельсия ниже, чем ДНК. Кроме того, внутри капель РНК быстрее образует прочные молекулярные сети, превращаясь в гель, способный выдержать суровые условия молодой Земли.
Причина такого поведения кроется в строении сахарной основы молекул. Каждое углеводное звено РНК имеет 2′-гидроксильную группу (2′-OH), которой нет у ДНК. Используя терморегулируемую микроскопию, рентгеновское рассеяние и компьютерное моделирование, физики доказали: эта крошечная группа помогает РНК сильнее связываться с ионами магния и удерживать меньше молекул воды вокруг своего «скелета». Именно это заставляет РНК мгновенно притягиваться друг к другу при нагревании.
От капли к жизни
«Мы впервые увидели, как микроскопические изменения в химии управляют появлением крупных самоорганизующихся биоструктур», — объясняет руководитель исследования, профессор физики Прия Банерджи.
Чтобы подтвердить гипотезу, ученые искусственно модифицировали группу 2′-OH. Это сразу ослабило стремление РНК к конденсации и лишило ее возможности переходить в состояние геля.
Открытие подкрепляет теорию «Мира РНК», согласно которой именно РНК была первоосновой жизни, совмещая функции хранения генетического кода и катализатора реакций.
